कम समझना

आज, इलेक्ट्रॉनिक उपकरण पहले की तुलना में आकार में सिकुड़ गए हैं। यह हमें स्मार्ट पोर्टेबल घड़ियों, फिटनेस ट्रैकर्स और अन्य पहनने योग्य उपकरणों जैसे कॉम्पैक्ट पोर्टेबल उपकरणों में सुविधाओं के टन में पैक करने में सक्षम बनाता है, यह हमें मवेशी निगरानी, ​​परिसंपत्ति ट्रैकिंग आदि के लिए दूरस्थ IoT उपकरणों को तैनात करने में भी मदद करता है। इन सभी पोर्टेबल उपकरणों में एक सामान्य बात यह है कि वे बैटरी संचालित हैं। और जब कोई उपकरण बैटरी से संचालित होता है, तो डिजाइन इंजीनियरों के लिए ऐसे घटकों का चयन करना महत्वपूर्ण होता है, जो उपलब्ध बैटरी जूस के साथ डिवाइस को अधिक समय तक चलाने के लिए उनके डिजाइन में प्रत्येक मिलि-वोल्ट का संरक्षण करते हैं। एक बार ऐसा घटक निम्न-ड्रॉपआउट वोल्टेज नियामक (एलडीओ) है । इस लेख में हम एलडीओ के बारे में अधिक जानेंगे और अपने सर्किट डिजाइन के लिए सही चयन कैसे करें।

इलेक्ट्रॉनिक्स में एक नियामक क्या है?

एक नियामक एक उपकरण या एक अच्छी तरह से डिज़ाइन किया गया तंत्र है जो कुछ को नियंत्रित करता है, यहाँ कुछ आमतौर पर वर्तमान के वोल्टेज को संदर्भित करता है। हैं नियामकों के दो प्रकार के मुख्य रूप से इलेक्ट्रॉनिक्स में उपयोग किया जाता है, पहले एक है स्विचिंग नियामक और दूसरा एक है रैखिक नियामक । वे दोनों एक अलग काम कर रहे वास्तुकला और उपतंत्र है, लेकिन हम इस लेख में उन पर चर्चा नहीं करेंगे। लेकिन इसे सरल बनाने के लिए, यदि कोई नियामक आउटपुट करंट को नियंत्रित कर रहा है तो उसे करंट रेगुलेटर कहा जाता है। उसी पहलू से, वोल्टेज को नियंत्रित करने के लिए वोल्टेज नियामकों का उपयोग किया जाता है।

एलडीओ और रैखिक नियामकों के बीच अंतर

रैखिक नियामक बिजली आपूर्ति विनियमन के लिए उपयोग किए जाने वाले सबसे आम उपकरण हैं और हम में से अधिकांश 7805, LM317 जैसे उपकरणों के साथ पारिवारिक होंगे। लेकिन, बैटरी संचालित अनुप्रयोगों में एक रैखिक नियामक का उपयोग करने का नकारात्मक पक्ष यह है कि यहां एक रैखिक नियामक के इनपुट वोल्टेज को हमेशा विनियमित आउटपुट वोल्टेज से अधिक होने की आवश्यकता होती है। मतलब, इनपुट वोल्टेज और आउटपुट वोल्टेज के बीच अंतर अधिक है । इसलिए, मानक रेखीय नियामकों की कुछ सीमाएं होती हैं जब विनियमित आउटपुट वोल्टेज को इनपुट वोल्टेज का घनिष्ठ मान होना आवश्यक होता है।

एक एलडीओ का कार्य करना

LDO रैखिक नियामक राजवंश का एक हिस्सा है। लेकिन, सामान्य रैखिक नियामकों के विपरीत, एलडीओ में इनपुट वोल्टेज और आउटपुट वोल्टेज के बीच अंतर कम होता है। इस अंतर को ड्रॉपआउट वोल्टेज कहा जाता है । चूंकि एलडीओ में बहुत कम ड्रॉपआउट वोल्टेज होता है इसलिए इसे लो ड्रॉपआउट वोल्टेज रेगुलेटर कहा जाता है। आप आवश्यक स्तर तक वोल्टेज को कम करने के लिए लोड के साथ श्रृंखला में तालबद्ध एक एलडीओ के बारे में सोच सकते हैं। एक एलडीओ होने की प्रतिकूलता यह है कि इसके पार वोल्टेज की गिरावट एक अवरोध से कम होगी।

चूंकि एलडीओ इनपुट और आउटपुट के बीच कम ड्रॉपआउट वोल्टेज प्रदान करता है, यह तब भी काम कर सकता है जब इनपुट वोल्टेज आउटपुट वोल्टेज के करीब हो। एलडीओ में वोल्टेज ड्रॉप अधिकतम 300mV से 1.5V अधिकतम होगा। कुछ एलडीओ में, वोल्टेज अंतर 300mV से भी कम है।

उपरोक्त छवि एक साधारण एलडीओ निर्माण दिखा रही है जहां एक बंद लूप सिस्टम डिज़ाइन किया गया है। एक संदर्भ वोल्टेज इनपुट वोल्टेज से बनाया गया है और एक अंतर एम्पलीफायर को खिलाया जाता है। आउटपुट वोल्टेज एक वोल्टेज डिवाइडर द्वारा संवेदी होता है और फिर से अंतर एम्पलीफायर के इनपुट पिन को खिलाया जाता है। इन दो मूल्यों के आधार पर, संदर्भ वोल्टेज से आउटपुट और वोल्टेज विभक्त से आउटपुट, एम्पलीफायर आउटपुट का उत्पादन करता है। यह आउटपुट वेरिएबल रेसिस्टर को नियंत्रित करता है। इसलिए, इस दो का कोई भी मूल्य एम्पलीफायर के उत्पादन को बदल सकता है। यहां वोल्टेज संदर्भ को दूसरे को सही ढंग से समझने के लिए स्थिर होने की आवश्यकता है। जब संदर्भ वोल्टेज स्थिर होता है, तो आउटपुट वोल्टेज का एक छोटा बदलाव रोकनेवाला विभक्त के माध्यम से अंतर एम्पलीफायर के इनपुट पर प्रतिबिंबित होता है।तब एम्पलीफायर एक स्थिर आउटपुट प्रदान करने के लिए चर रोकनेवाला को नियंत्रित करता है। दूसरी ओर, वोल्टेज संदर्भ इनपुट वोल्टेज पर निर्भर नहीं होता है और अंतर एम्पलीफायर के पार स्थिर संदर्भ प्रदान करता है, जो इसे क्षणिक परिवर्तनों के लिए प्रतिरक्षा बनाता है और बनाता है।आउटपुट वोल्टेज इनपुट वोल्टेज से स्वतंत्र है । यहाँ दिखाया गया चर अवरोधक सामान्य रूप से एक कुशल MOSFET या JFET द्वारा एक्टुअल निर्माण में बदल दिया जाएगा। एलडीओ में द्विध्रुवी ट्रांजिस्टर का उपयोग वर्तमान और गर्मी उत्पादन की अतिरिक्त आवश्यकताओं के कारण नहीं किया जाता है जो खराब दक्षता की ओर जाता है।

अपने LDO का चयन करते समय विचार करने के लिए पैरामीटर

बुनियादी सुविधाओं

चूंकि यह लोड को उचित बिजली वितरण सुनिश्चित करने के लिए एक आवश्यक उपकरण है, पहली मुख्य विशेषता लोड विनियमन और स्थिर आउटपुट है। लोड वर्तमान परिवर्तनों के दौरान उचित लोड विनियमन आवश्यक है। जब लोड बढ़ता है या घटता है तो यह चालू खपत होता है, नियामक से आउटपुट वोल्टेज में उतार-चढ़ाव नहीं होना चाहिए। आउटपुट वोल्टेज के उतार-चढ़ाव को वर्तमान के एम्पीयर प्रति एमवी श्रेणी में मापा जाता है और इसे एक्सेसीज़ कहा जाता है। LDO का आउटपुट वोल्टेज सटीकता 5mV से 50mV रेंज, आउटपुट वोल्टेज के कुछ प्रतिशत तक होती है।

सुरक्षा और संरक्षण सुविधाएँ

एलडीओ आउटपुट में उचित बिजली वितरण सुनिश्चित करके बुनियादी सुरक्षा सुविधाएँ प्रदान करता है। इनपुट और आउटपुट में सुरक्षा सर्किटरी का उपयोग करके सुरक्षा सुविधाओं को समायोजित किया जाता है। प्रोटेक्शन सर्किट अंडर-वोल्टेज प्रोटेक्शन (UVLO), ओवर-वोल्टेज प्रोटेक्शन (OVLO), सर्ज प्रोटेक्शन, आउटपुट शॉर्ट-सर्किट प्रोटेक्शन और थर्मल प्रोटेक्शन हैं।

कुछ स्थितियों में, नियामक को प्रदान किया गया इनपुट वोल्टेज काफी कम हो सकता है या उच्च मूल्य तक बढ़ सकता है। इसका परिणाम एलडीओ से अनुचित वोल्टेज और वर्तमान उत्पादन है जो हमारे भार को नुकसान पहुंचाएगा। यदि LDO के पार इनपुट वोल्टेज सीमा से परे है, तो UVO और OVLO सुरक्षा को LDO और लोड की सुरक्षा के लिए ट्रिगर किया जाता है। यूवीएलओ के लिए निचली सीमा और अधिकतम वोल्टेज वोल्टेज सीमा को सरल वोल्टेज डिवाइडर का उपयोग करके सेट किया जा सकता है।

सर्ज प्रोटेक्शन सर्किट एलडीओ को संक्रमण और उच्च वोल्टेज वृद्धि या स्पाइक्स से प्रतिरक्षा प्रदान करता है। यह विभिन्न एलडीओ द्वारा प्रस्तुत एक अतिरिक्त सुविधा भी है। आउटपुट शॉर्ट सर्किट प्रोटेक्शन ओवरक्रैक प्रोटेक्शन का एक रूप है। यदि लोड शॉर्ट हो जाता है तो LDO का शॉर्ट सर्किट प्रोटेक्शन फीचर इनपुट पावर सप्लाई से लोड को डिस्कनेक्ट कर देता है। थर्मल सुरक्षा काम करता है जब एलडीओ गर्म हो जाता है। हीट-अप ऑपरेशन के दौरान, थर्मल प्रोटेक्शन सर्किट एलडीओ को काम करने से रोकता है ताकि इसे और नुकसान न हो।

अतिरिक्त सुविधाये

एलडीओ में एक माइक्रोकंट्रोलर इनपुट के साथ संवाद करने के लिए दो अतिरिक्त तर्क स्तर नियंत्रण पिन हो सकते हैं। सक्षम पिन को अक्सर EN के रूप में संदर्भित किया जाता है और यह LDO का एक इनपुट पिन है। एक साधारण माइक्रोकंट्रोलर पावर आउटपुट को सक्षम या अक्षम करने के लिए एलडीओ के एन पिन की स्थिति को बदल सकता है। यह एक उपयोगी विशेषता है जब लोड को आवेदन के प्रयोजनों के लिए चालू या बंद करने की आवश्यकता होती है।

पावर गुड पिन LDO का आउटपुट पिन है। यह पिन बिजली की स्थिति के आधार पर एक तर्क कम या उच्च प्रदान करने के लिए एक माइक्रोकंट्रोलर यूनिट के साथ भी जोड़ा जा सकता है। पावर गुड पिन की स्थिति के आधार पर, माइक्रोकंट्रोलर यूनिट एलडीओ में बिजली की स्थिति के बारे में जानकारी प्राप्त कर सकता है।

एलडीओ की सीमाएं

हालांकि एलडीओ कम ड्रॉपआउट वोल्टेज पर उचित उत्पादन प्रदान करता है, फिर भी इसकी कुछ सीमाएं हैं। एलडीओ की प्रमुख सीमा दक्षता है । यह सच है कि एलडीओ बिजली अपव्यय और दक्षता के मामले में मानक रैखिक नियामकों से बेहतर है, लेकिन यह अभी भी पोर्टेबल बैटरी से संबंधित संचालन के लिए एक खराब विकल्प है जहां दक्षता मुख्य चिंता का विषय है। यदि इनपुट वोल्टेज आउटपुट वोल्टेज से काफी अधिक है तो दक्षता और भी खराब हो जाती है। वोल्टेज की गिरावट अधिक होने पर गर्मी लंपटता बढ़ जाती है। अतिरिक्त अपशिष्ट ऊर्जा जो गर्मी के रूप में तब्दील हो जाती है और एक हीट सिंक की आवश्यकता होती है, जिसके परिणामस्वरूप पीसीबी क्षेत्र में वृद्धि हुई है और साथ ही एक घटक लागत भी बढ़ रही है। बेहतर दक्षता के लिए, स्विचिंग रेगुलेटर अभी भी रैखिक नियामकों खासकर एलडीओ पर सबसे अच्छा विकल्प हैं।

क्या मुझे अपने अगले डिज़ाइन के लिए LDO का उपयोग करना चाहिए?

जैसा कि एलडीओ बहुत कम ड्रॉपआउट वोल्टेज की पेशकश करते हैं, केवल एलडीओ का चयन करना अच्छा होता है जब वांछित आउटपुट वोल्टेज उपलब्ध इनपुट वोल्टेज के बहुत करीब होता है। नीचे दिए गए प्रश्न आपको यह निर्धारित करने में मदद कर सकते हैं कि क्या आपको सर्किट डिजाइन वास्तव में एलडीओ की आवश्यकता है

1. क्या वांछित आउटपुट वोल्टेज उपलब्ध इनपुट वोल्टेज के करीब है? यदि हाँ, तो कितना? एलडीओ का उपयोग करना अच्छा है यदि इनपुट वोल्टेज और आउटपुट वोल्टेज के बीच अंतर 300mV से कम है
2. वांछित आवेदन के लिए 50-60% दक्षता स्वीकार की जाती है?
3. कम शोर बिजली की आपूर्ति एक जरूरत है?
4. यदि लागत एक समस्या है और सरल, निचले हिस्से की गिनती है, तो अंतरिक्ष-बचत समाधान की आवश्यकता है।
5. क्या स्विचिंग सर्किट को जोड़ना बहुत महंगा और भारी होगा?

यदि आपने उपरोक्त सभी प्रश्नों के लिए "हाँ" का उत्तर दिया है, तो एलडीओ एक अच्छा विकल्प हो सकता है। लेकिन, एलडीओ की विशिष्टता क्या होगी? खैर, यह नीचे दिए गए मापदंडों पर निर्भर करता है।

• आउटपुट वोल्टेज।
• न्यूनतम और अधिकतम इनपुट वोल्टेज।
• आउटपुट करेंट।
• एलडीओ का पैकेज।
• लागत और उपलब्धता।
• सक्षम और अक्षम विकल्प की आवश्यकता है या नहीं।
• अतिरिक्त सुरक्षा विकल्प जो आवेदन के लिए आवश्यक हैं। जैसे वर्तमान सुरक्षा, यूवीएलओ और ओवीएलओ, आदि।

बाजार में लोकप्रिय एलडीओ

हर एक पॉवर आईसी निर्माता जैसे कि टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स, लीनियर टेक्नोलॉजी इत्यादि के पास एलडीओ के लिए कुछ समाधान हैं। टेक्सास इंस्ट्रूमेंट्स में विभिन्न डिजाइन आवश्यकताओं के आधार पर एलडीओ की विस्तृत श्रृंखला है, नीचे दिए गए चार्ट में आउटपुट करंट और इनपुट वोल्टेज की एक विस्तृत श्रृंखला के साथ एलडीओ के अपने विशाल संग्रह को दिखाया गया है।

इसी तरह, एनालॉग उपकरणों से रैखिक प्रौद्योगिकी में भी कुछ उच्च प्रदर्शन कम ड्रॉपआउट नियामक हैं।

एलडीओ - उदाहरण डिजाइन

एक व्यावहारिक मामले पर विचार करें जिसमें एलडीओ अनिवार्य होगा। मान लें कि कम वर्तमान सीमा और थर्मल सुरक्षा के साथ 3.7V लिथियम बैटरी आउटपुट को स्थिर 3.3V 500mA स्रोत में परिवर्तित करने के लिए कम लागत, सरल, अंतरिक्ष-बचत समाधान की आवश्यकता है । पावर समाधान को कुछ लोड को सक्षम या अक्षम करने के लिए एक माइक्रोकंट्रोलर के साथ जोड़ा जाना चाहिए और दक्षता 50-60% हो सकती है। चूँकि हमें एक सरल और कम लागत वाले समाधान की आवश्यकता है जिससे हम स्विचिंग रेगुलेटर डिज़ाइन को नियंत्रित कर सकें।

लिथियम बैटरी पूर्ण चार्ज स्थिति के दौरान 4.2V और पूरी तरह से खाली स्थिति पर 3.2V प्रदान कर सकती है। इसलिए, एलडीओ को माइक्रोकंट्रोलर यूनिट द्वारा एलडीओ के इनपुट वोल्टेज को संवेदन द्वारा कम वोल्टेज की स्थिति में लोड को डिस्कनेक्ट करने के लिए नियंत्रित किया जा सकता है।

संक्षेप में हमें जरूरत है, 3.3V आउटपुट वोल्टेज, 500mA का करेंट, पिन विकल्प, लो पार्ट काउंट्स, लगभग 300-400 mV ड्रॉपआउट आवश्यकताएं, थर्मल शटडाउन सुविधा के साथ आउटपुट शॉर्ट सर्किट प्रोटेक्शन, इस एप्लीकेशन के लिए LDO की मेरी व्यक्तिगत पसंद MCP1825 है। - माइक्रोचिप द्वारा 3.3V निश्चित वोल्टेज नियामक।

पूर्ण चित्र सूची को नीचे दी गई छवि में देखा जा सकता है, जिसे डेटाशीट से लिया गया है -

पिन-आउट के साथ नीचे MCP1825 का सर्किट आरेख है। योजनाबद्ध को डेटशीट में भी प्रदान किया गया है, इस प्रकार केवल कुछ बाहरी घटकों जैसे प्रतिरोधक और संधारित्र को जोड़कर हम अपने एलडीओ का उपयोग न्यूनतम वोल्टेज डॉर्प के साथ आवश्यक वोल्टेज को विनियमित करने के लिए आसानी से कर सकते हैं।

एलडीओ - पीसीबी डिजाइन दिशानिर्देश

एक बार जब आपने एलडीओ को हटा दिया है और इसे अपने डिजाइन के लिए काम करने के लिए परीक्षण किया है, तो आप अपने सर्किट के लिए पीसीबी के डिजाइन के साथ आगे बढ़ सकते हैं। एलडीओ घटकों के लिए पीसीबी डिजाइन करते समय निम्नलिखित कुछ सुझाव आपको याद रखने चाहिए।

1. यदि SMD पैकेज का उपयोग किया जाता है, तो PCBs में उचित कॉपर क्षेत्र प्रदान करना आवश्यक है क्योंकि LDOs हीट को नष्ट कर देता है ।
2. परेशानी मुक्त संचालन में कॉपर की मोटाई का एक बड़ा योगदान है। 2 ओज (70um) तांबा मोटाई एक अच्छा विकल्प होगा।
3. C1 और C2 को MCP1825 के जितना संभव हो उतना करीब होने की आवश्यकता है।
4. शोर से संबंधित मुद्दों के लिए मोटे जमीन के विमान की आवश्यकता होती है ।
5. डबल पक्षीय पीसीबी में उचित गर्मी लंपटता के लिए Vias का उपयोग करें ।