¿Por qué los reguladores de tensión lineales tienen una tensión de salida mínima > 0 V?

Question

Estoy intentando elegir un regulador de tensión lineal para mi proyecto (fuente de alimentación de laboratorio).

Me sorprende que sólo unos pocos reguladores afirmen tener una salida ajustable a 0 V. Parece que se debe al hecho de que generalmente utilizan algún tipo de referencia de tensión conectada en serie con el pin ADJ . El esquema simplificado, que se encuentra en numerosas hojas de datos, está en el diagrama de abajo.

simular este circuito - Esquema creado con CircuitLab

Ahora a la pregunta...
¿Cuál es la razón de tener esta referencia de tensión? (1,25 V en el diagrama anterior)

1. ¿Tiene algo que ver con la estabilidad del bucle de control/retroalimentación? ¿CÓMO?
2. Es este ¿una forma válida de eludir el problema de la tensión de salida mínima? ¿O me encontraré con inestabilidad/algún otro problema?
3. Si no es el nº 2, ¿cuál es la forma correcta de crear una fuente de alimentación de laboratorio (de alta corriente) ajustable a cero voltios? ¿Necesito poner la carga entre dos reguladores?

PD: Esta es mi primera pregunta en este foro, por favor no me apedreen de inmediato :] He intentado buscar/buscar en Google MUCHO, pero no estoy seguro de lo que estoy buscando exactamente... muchas gracias por cualquier respuesta útil.

PPS: Soy consciente de que algunos reguladores, como LT3080 utilizar la fuente de corriente en lugar de la referencia de tensión, pero este IC es supuestamente ajustable a 0 V sólo para cargas muy pequeñas.

Answer 1

Por dos razones.

1.25V es un voltaje conveniente para hacer una referencia de voltaje- se llama referencia del bandgap y tiene un coeficiente de temperatura (relativamente) bajo a temperatura ambiente. Puedes hacer otros tipos de referencias y puedes hacer diferentes voltajes a partir de una referencia de 1,25V con un amplificador o atenuador, pero 1,25V está bastante bien. Usted Necesito una tensión (o una referencia de corriente, que se deriva de una referencia de tensión normalmente) en el interior o no puede regular a una tensión conocida.

En segundo lugar, 1,25V es un voltaje lo suficientemente bajo como para que pocos (hasta hace muy poco) necesiten una alimentación tan baja (en realidad, a nadie le importan los suministros de laboratorio), y lo suficientemente alto como para que el voltaje de offset del op-amp interno no afecte mucho a la precisión. También permite un circuito interno que no tiene que trabajar hasta 0V.

Hacer un simple regulador de voltaje ajustable que funcione hasta 0V no sería particularmente difícil de ninguna manera, pero añadiría coste y pines, y eso es algo que no se puede hacer para una pieza de gelatina.

Answer 2

Añadiré algunas consideraciones más a la excelente respuesta de Spehro Pefhany.

Los fabricantes de reguladores de tensión obtienen beneficios con la venta de sus piezas y la industria electrónica moderna obtiene beneficios sobre todo con productos de producción masiva, no con productos de nicho hiperespecializados.

Los reguladores de tensión tienen un enorme éxito porque satisfacen una necesidad común en la electrónica: proporcionar una alimentación de tensión estable a los circuitos que alimentan. La mayoría de los aparatos electrónicos utilizan valores de alimentación de tensión más o menos estandarizados: 1,8V, 2,5V, 3,3V y 5V para los circuitos digitales; 12V o 15V para las etapas analógicas de mayor potencia; 28V para los amplificadores de potencia, por ejemplo.

Por lo tanto, un fabricante tiene una ventaja al producir reguladores de tensión fija. Por supuesto, tener un regulador ajustable también tiene sus ventajas: se puede tener un carril de suministro de voltaje no estándar, se puede querer proporcionar alguna forma de recortar el voltaje de suministro, se puede querer cambiar el voltaje dinámicamente para adaptarse a las solicitudes de energía en circuitos complejos, etc.

El hecho es que el "caso de uso de las fuentes de alimentación de laboratorio" casi no tiene sentido para los fabricantes de chips: ¡compare cuántas fuentes de alimentación de laboratorio se venden cada año con cuántos reguladores de potencia de a bordo se construyen en el mismo periodo!

Además, cualquier tensión inferior a ~1,5V tiene poco uso como tensión de carril de alimentación en la electrónica actual (tal vez en 10 años veamos una nueva familia lógica de éxito que funcione a 0,5V, pero hasta entonces, ¡no!), por lo que no hay ningún incentivo para crear ajustable chips reguladores que regulen hasta 0V (si esto forma parte del diseño, bien, pero no es un objetivo principal del diseño del chip).

Además, una fuente de alimentación de laboratorio casi nunca está hecha de un solo regulador: se necesita una circuitería mucho más sofisticada (a menos que sea un juguete de aficionado) para reducir el ruido, proporcionar una buena respuesta transitoria, evitar el sobreimpulso de salida, limitar la tensión y la corriente, etc., es decir, todas esas características que hacen que merezca la pena tener una fuente de alimentación de laboratorio. Por lo tanto, no habrá una "fuente en un chip" porque cada fabricante de fuentes de alimentación de laboratorio optimizará sus diseños de diferentes maneras, y un chip "comodín" no será útil, o al menos, no será necesario producirlo en masa.

Answer 3

No tengo nada que añadir para la pregunta formulada en el título, pero sí tengo una posible solución para tus puntos segundo/tercero de cómo superar la barrera de los 1,25V. Como probablemente te has dado cuenta, la salida de tensión del LM317 es 1,25V mayor que Vadj por lo que se necesita un suministro negativo para tirar Vout a cero voltios. Construí una fuente dual de 5A hace mucho tiempo y obtuve muy buenos resultados hasta alguien se me cayó cuando me mudé de casa. Nunca llegué a reconstruirlo, pero se basaba en el siguiente circuito. He omitido los componentes transformadores/rectificadores/alisadores ya que no son nada especial en este caso. Los suministros de CC suavizados y no regulados van a +VDC y -VDC .

Utiliza un poco más de sus monedas ganadas con esfuerzo mediante el uso de op-amps para proporcionar un Vadj que a su vez requiere algún tipo de regulador para proporcionar la alimentación de +/- 12V para el TL074. Cualquier regulador servirá en este caso, fijo o ajustable, en un rango justo.

Cómo hace lo que hace:

Muy sencillo. U1:A amortigua la división de la tensión a través de la resistencia variable R_ADJ . U1:C invierte esto para que U1:D y U1:B terminan con tensiones iguales pero opuestas en sus entradas no inversoras. D y B son esenciales para proporcionar una alta impedancia estable para R2+/- (marcado en rojo).

[Si quieres tener tensiones separadas de +ve y -ve conecta U1:B+ a su propio divisor de tensión, y dejar U1:Aout yendo sólo a R9 .]

Los dos R2 Las resistencias se emparejan con sus respectivos R1 resistencias y se adhieren a la norma Vout ecuación que aparece en las hojas de datos de este regulador y de sus primos, excepto que luego se resta la tensión V_BIAS+ (o añadir la tensión en V_BIAS- ) para obtener el Vout . Es usted quien debe elegir los valores de R2+ y R2- - y también R6 , R7 y R_ADJ - para que las oscilaciones de tensión sean aceptables. Tenga en cuenta que el R2 los valores no coincidirán debido a la actual Iadj que difiere ligeramente de un CI a otro, pero definitivamente del LM317 al LM337. En su mayor parte, la relación entre Vadj y Iadj es lineal (por experiencia), pero las cosas cambian un poco cuando se empieza a consumir una corriente significativa en la carga - por lo tanto:

Regulación de alta corriente :

Q1/2 y R3-5 (marcado con un círculo azul) hacen el trabajo del burro cuando se trata de la corriente. Sin embargo, esto depende de una cuidadosa elección de los valores de las resistencias. Nota: "2R" y "R" no significan "2 Ohm" y "1 Ohm" respectivamente; se refieren a que una es el doble de resistencia que la otra. Este tema está cubierto en varias versiones de las hojas de datos de estos reguladores y en línea, así que no lo reiteraré aquí. En última instancia, el objetivo es desviar la mayor cantidad de corriente posible del regulador y forzarla a través de tantos transistores como necesites, pero tendrás que determinar los mejores valores para tus propias necesidades.

No lo hagas intentan consumir demasiada corriente a tensiones más bajas, lo que implica una disipación de energía mucho mayor de los circuitos integrados y temperaturas mucho más elevadas. Si +VDC es de 18V, +V_out es de 3,3V, y +Iout es de 3Amps, tendrás 44 Watts+ convirtiéndose en calor. Creo que eso empuja un par de TIP147s modestamente disipados hasta el punto de quemarse.