Regolatori di tensione dissipativi. Regolatori LDO. Schema elettrico. Stabilità LDO Politecnico di Torino 1

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1 Regolatori di tensione dissipativi 1 Schema elettrico Stabilità LDO Politecnico di Torino 1

2 Schema elettrico 3 Efficienza La tensione di headroom crea dei problemi: Alta potenza dissipata (necessita dissipatore) Bassa efficienza Politecnico di Torino 2

3 Efficienza La tensione di headroom crea dei problemi: Alta potenza dissipata (necessita dissipatore) Bassa efficienza Quanto vale l efficienza? η=p u /P i = V u I u /(V i I i ) Ma I u I i η V u /V i 5 Efficienza La tensione di headroom crea dei problemi: Alta potenza dissipata (necessita dissipatore) Bassa efficienza Quanto vale l efficienza? η=p u /P i = V u I u /(V i I i ) Ma I u I i η V u /V i Efficienza alta può essere ottenuta solo se V i è poco più alta di V u : servono regolatori che funzionano con basso drop-out: LDO (Low Drop Out) Politecnico di Torino 3

4 I regolatori LDO hanno un drop out minimo di circa 0,5V. Si usano spesso con sistemi alimentati a batteria o per migliorare la regolazione di uscite secondarie di regolatori switching (post-regolatore) Sono difficili da utilizzare per problemi di stabilità. Quale può essere lo schema di un LDO? 7 Schema LDO? Nello schema classico ci sono due fattori limitanti il minimo drop out: OP-AMP. Esistono opamp rail-to-rail che hanno dinamica di tensione d uscita pari all alimentazione Politecnico di Torino 4

5 Schema LDO? Nello schema classico ci sono due fattori limitanti il minimo drop out: OP-AMP. Esistono opamp rail-to-rail che hanno dinamica di tensione d uscita pari all alimentazione V BE transistor. E necessario 1V di caduta 9 Schema LDO? Se si usasse un MOS al posto del BJT? Politecnico di Torino 5

6 Schema LDO? Se si usasse un MOS al posto del BJT? Peggiorerebbe il problema: la V GSON del MOS è di qualche V! 11 Schema LDO? Se si usasse un MOS al posto del BJT? Peggiorerebbe il problema: la V GSON del MOS è di qualche V! Il MOS però non assorbe corrente continua sul gate Politecnico di Torino 6

7 Schema LDO? Se si usasse un MOS al posto del BJT? Peggiorerebbe il problema: la V GSON del MOS è di qualche V! Il MOS però non assorbe corrente continua sul gate Esistono dei regolatori in cui l OP-AMP è alimentato con un circuito a pompa di carica per pilotare il gate del MOS 13 Schema LDO E un PNP? Politecnico di Torino 7

8 Schema LDO E un PNP? Si può fare, ma la configurazione è diversa! 15 Schema LDO E un PNP? Si può fare, ma la configurazione è diversa! Emettitore comune E una configurazione invertente, per mantenere reazione negativa occorre scambiare i piedini sull OP-AMP Politecnico di Torino 8

9 Schema LDO E un PNP? Si può fare, ma la configurazione è diversa! Emettitore comune E una configurazione invertente, per mantenere reazione negativa occorre scambiare i piedini sull OP-AMP E stabile? Politecnico di Torino 9

10 Stabilità LDO Per verificare la stabilità occorre calcolare il guadagno d anello 19 Stabilità LDO Per verificare la stabilità occorre calcolare il guadagno d anello Il sistema è composto da due stadi di amplificazione (l OP-AMP e il transistor) e dalla rete di reazione formata dal partitore Politecnico di Torino 10

11 Stabilità LDO Per verificare la stabilità occorre calcolare il guadagno d anello Il sistema è composto da due stadi di amplificazione (l OP-AMP e il transistor) e dalla rete di reazione formata dal partitore L uscita dello stadio a transistor è presa sul collettore, quindi è un uscita in corrente 21 Stabilità LDO La tensione d uscita è data dal prodotto tra la corrente di collettore e l impedenza di carico Dunque il guadagno d anello e la stabilità dipendono dal carico Senza accorgimenti particolari, il sistema è instabile Politecnico di Torino 11

12 Uso LDO Per garantire la stabilità i costruttori specificano tipo e valore di un condensatore da porre in parallelo all uscita Tale specifica deve essere rispettata in quanto sfrutta sia il valore della capacità sia quello dell ESR per introdurre un polo a frequenza opportuna La tecnologia del condensatore deve essere quella specificata dal costruttore 23 Altri problemi LDO Altri problemi dell LDO: I PNP hanno basso β, quindi l Op-Amp assorbe molta corrente, che scorre nel nodo comune (I Q ) e varia col carico Questa corrente riduce l efficienza del regolatore Se si usa un darlington il regolatore non è più LDO I Q variabile fa sì che non si possa usare l LDO come regolatore a 3 piedini con tensione d uscita regolabile con partitore Politecnico di Torino 12

13 Componenti di supporto Anche nei regolatori normali è buona norma inserire un condensatore ceramico da 330nF o simili sull uscita è opportuno inserire un condensatore anche sull ingresso del regolatore per compensare l induttanza dei cavi Spesso si inserisce un diodo tra uscita e ingresso per proteggere il regolatore se V e diminuisce molto rapidamente allo spegnimento del sistema Politecnico di Torino 13