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DESIGN ELEKTRONIK 04 2022 38 www designelektronik de Halbleiter | LDOs und Dioden LDO-Spannungsregler mit Abschaltpin Ein Low-Dropout-Regler LDO-Regler ist ein linearer Gleichspannungsregler der die Ausgangsspannung selbst dann regeln kann wenn sich die Versorgungskaum von der Ausgangsspannung unterscheidet Ein LDO-Regler arbeitet sehr effizient da er abgeschaltet werden kann wenn er nicht gebraucht wird und dann keine Energie verbraucht Dadurch ist er ideal für Geräte die sich häufig im Standby-Betrieb befinden und für Anwendungen deren Ausgangsspannung nur geringfügig unter der Eingangsspannung geregelt werden muss Im Vergleich zu anderen getakteten DC DC-Reglern haben LDO-Regler weitere Vorteile zu bieten Durch die lineare Funktionsweise verzichtet der LDO-Regler auf geschaltete Transistoren die wiederum Störungen und Rauschen erzeugen würden Sie benötigen keine Induktivitäten und Transformatoren und ermöglichen dadurch kleinere Geräte außerdem eine einfachere Konstruktion Allerdings müssen sie anders als Schaltregler Leistung bzw Wärme über die Regeleinheit abführen Bei Schaltreglern wird am Ausgang häufig zusätzlich ein LDO-Regler als aktiver Filter ergänzt Gerade bei Anwendungen in der Messtechnik und Sensorik sind rauscharme und störungsfreie Stromversorgungen z Bfür hochauflösende ADCs und DACs oder Präzisions-OpAmps enorm wichtig Denn alleine können sie kaum die dazu notwendige geringe Ausgangs-Restwelligkeit Ripple erreichen die für eine enge Rauschspezifikation nötig ist Hierfür empfehlen sich LDO-Regler die ent sprechend der Schaltfrequenz des vorgeschaltenen Schaltreglers ein hohes Betriebsspannungsunterdrückungsverhältnis Power Supply Rejection Ratio PSRR zwischen Eingangsund Ausgangsseite haben Das PSRR ist eine der wichtigsten Kenngrößen von LDO-Reglern Es gibt an inwieweit der LDO-Regler in der Lage ist die Schwankungen an der Ausgangsseite zu dämpfen die durch die variable Eingangsspannung entstehen Dabei gilt PSRR 20 log 10 · Vin Vout Weitere wichtige Größen sind die Dropout-Spannung und der Ruhestrom Die Dropout-Spannung ist die für die interne Regelung notwendige Differenz zwischen den Eingangsund Ausgangsspannungen genau an dem Punkt an dem sich die Ausgangsspannung bei weiter fallender Eingangsspannung nicht mehr regeln lässt Der Ruhestrom eines LDO-Reglers setzt sich aus seinem Rückkopplungsund Ansteuerstrom zusammen Je geringer der Ruhestrom und die Dropout-Spannung sind desto höher ist der Wirkungsgrad des LDO-Reglers Lebensdauer von Batterien mit LDO-Regler verlängern Ein LDO-Regler kann in einem Batteriesystem sehr effektiv die Energieeffizienz erhöhen indem er den Verbrauch im Standby-Modus minimiert Hierfür ist z Bder neue Spannungsregler LDI8119EN von Diotec Bild 1 hervorragend geeignet der mittels Enable-Funktion das System im Standby ausschalten kann Dabei schaltet der Enable-Eingang EN das Batteriesystem durch ein externes Signal ein und aus Ist der Regler deaktiviert läuft die interne Bandgap-Referenz weiter was schnelle Einschaltzeiten ermöglicht Ist der LDO-Regler ausgeschaltet wird der Eingangsstrom typischerweise auf 1 µA begrenzt Dieser Abschaltstrom ist nicht zu verwechseln mit dem Ruhestrom also dem Strom den das eingeschaltete Gerät ohne Last verbraucht Beide Abschaltund Ruhestrom sind wesentliche Parameter für die Lebensdauer von Batterien Denn für die Verlustleistung Power-Dissipation PD gilt PD Vin – Vout ∙ Iout + Vin ∙ I Q Wird der LDO-Regler nicht belastet geht also der Ausgangsstrom gegen 0 Aist der Ruhestrom I Qdie ausschlaggebende Größe für die Verlustleistung Dieser ist für fast die Hälfte der gesamten Verlustleistung verantwortlich Das heißt Bei Anwendungen bei denen das Gerät überwiegend im Leerlauf betrieben wird spielt der Ruhestrom eine große Rolle und sollte beim Design berücksichtigt werden Der LDI8119EN von Diotec zeichnet sich durch einen besonders niedrigen Ruhestrom von nur 60 µA aus Mit einem Abschaltstrom von 0 4 µA bis 1 0 µA eignet er sich bestens für alle Batteriemanage-Bild 3 Jede Dioden-Technologie hat ihre spezifischen Stärken und Schwächen das Ideal lässt sich mit keiner erreichen Bild Rut ro ni k Bild 2 Die Zener-Diode MM1Z4711 von Diotec benötigt nur 50 µA und ermöglicht damit Geräte mit geringem Leistungsverbrauch Bild Dio te c