Na výstupech spínaných měničů se k účelům tzv. post – regulace pro potlačení zvlnění často používají dobře známé lineární stabilizátory. LDO mohou v takových případech zlepšit též samotnou regulaci spolu s přechodovou odezvou. Jedním z hlavních faktorů omezujících proudovou zatížitelnost výstupu post – regulátoru se stává nárůst teploty stabilizátoru, který bude kromě tepelného odporu záviset zejména na rozdílovém napětí mezi vstupem a výstupem.

 

Regulátor LTM8001 typu μModule od společnosti Linear Technology je vysoce účinným snižujícím (step-down) spínaným měničem, následovaným polem pěti nízkošumových lineárních stabilizátorů se jmenovitou proudovou zatížitelností jednotlivých výstupů 1,1 A. Abychom pak mohli rozložit teplotní zátěž a navýšit dostupnou velikost výstupního proudu, můžeme LDO zapojit paralelně a využít přitom několika jednoduchých alternativ pro různé napěťové kombinace vstupu a výstupu.

 

 

Pokud bychom měli obvod LTM8001 krátce představit, prohlásíme jej snižujícím měničem se vstupním napěťovým rozsahem 6 V až 36 V, výstupem CV / CC (Constant Voltage / Constant Current), maximální proudovou zatížitelností výstupu 5 A, nastavitelným spínacím kmitočtem v rozmezí 200 kHz až 1 MHz a stejně tak též definovatelnou velikostí výstupního napětí. Pokud jde o lineární stabilizátory s nastavitelným výstupním napětím, tři z nich budou „natvrdo“ připojeny k výstupu spínače, zatímco zbylé dva LDO budou mít své vstupy volně přístupné.

 

 

 

Interní stabilizátory obvodu LTM8001 jsou určeny k post – regulaci výstupu vestavěného spínaného měniče. Nárůst teploty LDO bude sice úměrný jejich výstupnímu proudu, nicméně více tepla rovněž vyrobíme s rostoucím rozdílovým napětím mezi vstupem a výstupem. Bude – li rozdíl mezi vstupem a výstupem malý, blížící se úbytku napětí, lze lineární stabilizátor provozovat poblíž jeho jmenovitého výstupního proudu. Logicky pak nastavíme výstup spínané části tak aby svou velikostí odpovídal minimálnímu vstupnímu napětí LDO s nejvyšším napětím na svém výstupu.

 

 

Budou – li dále LDO vyrábět více výstupních napětí, musíme stabilizátorům s relativně nízkým výstupním napětím, tj. těm s větším rozdílem napětí mezi vstupem a výstupem, odpovídajícím způsobem snížit velikost proudového odběru, abychom tak zabránili nadměrnému ohřevu prvku. Jakékoli omezení proudu však dokážeme jednoduše kompenzovat paralelním řazením stabilizátorů, kdy jednak rozložíme tepelnou ztrátu a zároveň navýšíme proudovou zatížitelnost zapojení. Na obr. 1 a 2 vidíme dva takové příklady zapojení s LDO provozovanými paralelně.

 

 

 

Na obr. 1 máme zachyceno všech pět LDO zapojených paralelně k dosažení jednoho výstupu 2,5 V / 5 A. Zabudovaný spínaný měnič obvodu LTM8001 v tomto případě generuje výstup 3 V, což je 500 mV nad výstupním napětím LDO 2,5 V. Takové rozdílové napětí mezi vstupem a výstupem pak bude dostatečně nízké na to, abychom mohli použitá LDO provozovat nedaleko jejich jmenovitého zatěžovacího proudu 1,1 A.

 

Při vstupním napětí 12 V bude maximální proud výstupem činit 5 A. Volba rozdílu 500 mV se pak odvíjí od několika parametrů: požadovaného maximálního výstupního proudu, tolerance úbytku napětí po zvážení odchylek mezi jednotlivými součástkami, vlivu pracovní teploty a také otázky přechodové odezvy.

 

 

 

Na obr. 2 bude vstupní napětí rovněž 12 V, ale na výstupu již dostáváme dvě LDO větve s napětím 5 V a 3,3 V. Výstup 5 V má stejně malé rozdílové napětí 500 mV mezi vstupem a výstupem, jako na obr. 1, takže LDO 1 a 2 mohou pracovat poblíž svého jmenovitého proudového zatížení. Rozdílové napětí mezi vstupem a výstupem pro větev s napětím 3,3 V již ale bude vyšší, takže v případě LDO 3, 4 a 5 bude pokaždé vyžadováno snížení na 330 mA. Trojice stabilizátorů se však díky svému paralelnímu řazení o zátěž rozdělí, takže výstupní proud nakonec vzroste na 1 A. Teplotní snímky na obr. 3 zachycují srovnatelné teploty LDO pro řešení z obr. 1 a 2.

 

 

 

 

Napětí na vstupech BIAS pro LDO musí být o 1,6 V vyšší (nejhorší případ) než nejvyšší odpovídající výstupní napětí LDO. Na obr. 1 proto BIAS odvodíme od V_IN, zatímco na obr. 2 bude pro LDO s výstupem 5 V pocházet z V_IN a u 3,3 V větve konečně z výstupu spínané části 5,5 V (V_OUT0).

 

 

 

LDO lze použít k post – regulaci výstupů spínaných měničů s cílem zajistit napětí s minimální úrovní rušení, protože stabilizátory potlačí zvlnění napětí a to jak na výstupu měniče, tak též svých vstupech BIAS. Zapojení dle obr. 2 bylo optimalizováno s ohledem na nízké rušení výstupu a kapacity na výstupu spínaného měniče V_OUT0 a výstupech lineárních stabilizátorů V_OUT1 – V_OUT5 tak byly odladěny s ohledem na minimální zvlnění napětí. S filtrací se dále setkáme i na vstupu BIAS. A protože nás může rušit též reference LDO, přidáme kapacity rovněž na vývody SET1 – SET5. Na obr. 4 konečně ve spektru vidíme rušení špičkou první harmonické na –63 dBm pro 5 V výstup LDO1 – LDO2 z obr. 2.

 

 

 

 

Integrovaný obvod LTM8001 (http://www.linear.com/product/LTM8001) je vysoce účinným snižujícím měničem, následovaným pěticí vestavěných nízkošumových LDO s možností dosahovat celkového výstupního proudu 5 A. Výstupy lineárních stabilizátorů lze použít při výrobě pěti různých napětí nebo je též můžeme vhodně zkombinovat a díky paralelnímu řazení tak dosáhnout vyšší proudové zatížitelnosti výstupu a rozložení tepelných ztrát.

 

 

Zdroj: μModule Regulator Combines a Switcher with Five 1.1A LDOs: Use Them for Multiple Low Noise Rails, or Parallel Them to Spread Heat and Share Current to 5A, autor: Andy Radosevich, Linear Technology (http://www.linear.com/designtools/lt_journal.php)