¿Por qué los reguladores de voltaje lineal tienen un voltaje de salida mínimo> 0 V

Estoy tratando de elegir un regulador de voltaje lineal para mi proyecto (fuente de alimentación de laboratorio).

Estoy sorprendido de que solo unos pocos reguladores afirmen tener una salida ajustable a 0 V. Parece que se debe al hecho de que generalmente usan algún tipo de referencia de voltaje conectada en serie con el pin ADJ . Los esquemas simplificados, que se encuentran en numerosas hojas de datos, se encuentran en el diagrama a continuación.

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Ahora a la pregunta ...
¿Cuál es la razón para tener esta referencia de voltaje? (1.25 V en el diagrama de arriba)

1. ¿Tiene algo que ver con la estabilidad del ciclo de control / retroalimentación? ¿CÓMO?
2. ¿Es esta una forma válida de sortear el problema del voltaje mínimo de salida? ¿O encontraré inestabilidad / algún otro problema?
3. Si no es el # 2, ¿cuál es la forma kosher de crear un laboratorio (de alta corriente). fuente de alimentación ajustable a cero voltios? ¿Necesito poner la carga entre dos reguladores?

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

PPS: Soy consciente de que algunos reguladores, como el LT3080, usan una fuente de corriente en lugar de una referencia de voltaje, pero este IC supuestamente es ajustable a 0 V solo para cargas muy pequeñas.

Dos razones.

1.25V es un voltaje conveniente para hacer una referencia de voltaje, se llama referencia de banda prohibida y tiene un coeficiente de temperatura (relativamente) bajo a temperatura ambiente. Puede hacer otros tipos de referencias y puede hacer diferentes voltajes desde una referencia de 1.25V con un amplificador o atenuador, pero 1.25V es bastante bueno. Usted necesita un voltaje (o una referencia de corriente, que se deriva de una referencia de tensión por lo general) dentro o no se puede regular a una tensión conocida.

En segundo lugar, 1.25V es un voltaje lo suficientemente bajo que pocos (hasta hace muy poco) realmente necesitan un suministro tan bajo (realmente, a nadie le importan los suministros de laboratorio), y lo suficientemente alto como para que el voltaje de compensación del amplificador operacional interno no afecte precisión mucho. También permite un circuito interno que no tiene que funcionar hasta 0V.

Hacer un simple regulador de voltaje ajustable que funcione a 0V no sería particularmente difícil de ninguna manera, pero agregaría costos y pines, y eso no es un iniciador para una parte de jellybean.

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

Los fabricantes de reguladores de voltaje obtienen ganancias vendiendo sus partes y la industria electrónica moderna obtiene ganancias principalmente de productos producidos en masa, no de productos de nicho hiperespecializados.

Los reguladores de voltaje tienen un enorme éxito porque satisfacen una necesidad común en electrónica: proporcionar un suministro de voltaje estable a los circuitos que alimentan. La mayoría de los aparatos electrónicos usan valores de suministro de voltaje más o menos estandarizados: 1.8V, 2.5V, 3.3V y 5V para circuitos digitales; 12V o 15V para etapas analógicas de mayor potencia; 28V para amplificadores de potencia, por ejemplo.

Por lo tanto, un fabricante tiene la ventaja de producir reguladores de voltaje fijo. Por supuesto, tener un regulador ajustable también tiene sus ventajas: puede tener un riel de suministro de voltaje no estándar, es posible que desee proporcionar alguna forma de recortar el voltaje de suministro, es posible que desee cambiar el voltaje dinámicamente para adaptarse a las solicitudes de energía en complejos circuitos, etc.

El hecho es que el "caso de uso de la fuente 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 la cantidad de reguladores de potencia incorporados en el mismo período!

Además, cualquier voltaje por debajo de ~ 1.5V tiene poco uso como voltaje del riel de alimentación en la electrónica actual (tal vez en 10 años veremos una nueva familia lógica exitosa funcionando a 0.5V, pero hasta entonces, ¡no!), Por lo que no hay incentivo para crear chips reguladores ajustables que regulen hasta 0V (si esto viene como parte del diseño, bien, pero no es un objetivo principal de diseño de chips).

Además, un suministro de laboratorio casi nunca está hecho de un solo regulador: necesita circuitos mucho más sofisticados (a menos que sea un juguete para aficionados) para reducir el ruido, proporcionar una buena respuesta transitoria, evitar el sobreimpulso de salida, la limitación de voltaje y corriente, etc. , es decir, todas esas características que hacen que valga la pena tener una fuente de alimentación de laboratorio. Por lo tanto, no habrá un "suministro en un chip" porque cada fabricante de suministros de laboratorio optimizará sus diseños de diferentes maneras, y un chip "general" no será útil, o al menos, no será necesario para ser producido en masa.

No tengo nada que agregar para la pregunta formulada en el título, pero tengo una posible solución a su segundo / tercer punto de cómo superar la barrera de 1.25V. Como probablemente se haya dado cuenta, la salida de voltaje del LM317 es 1.25V mayor que Vadj, por lo tanto, necesita un suministro negativo para Voutbajar a cero voltios. Construí un suministro doble 5A hace mucho tiempo y obtuve muy buenos resultados hasta que alguien lo dejó caer cuando se mudó de casa. Nunca he podido reconstruirlo, pero se basó en el circuito a continuación. He omitido los componentes del transformador / rectificador / suavizador ya que no son nada especial en este caso. Los suministros de CC suavizados y no regulados van a +VDCy -VDC.

Utiliza un poco más de sus monedas de dinero duramente ganadas mediante el uso de amplificadores operacionales para proporcionar un estable Vadj, que a su vez requiere algún tipo de regulador para proporcionar el suministro de +/- 12V para el TL074. Cualquier regulador lo hará en este caso, fijo o ajustable, en un rango justo.

Cómo hace lo que hace:

Muy simple. U1:Aamortigua el voltaje dividido a través de la resistencia variable R_ADJ. U1:Cinvierte este modo que U1:Dy U1:Bterminan con tensiones iguales pero opuestas en sus entradas no inversora. Dy Bson esenciales para proporcionar una alta impedancia estable para R2+/-(encerrada en un círculo rojo).

[Si desea tener voltajes + ve y -ve separados, conéctese U1:B+a su propio divisor de voltaje y déjelo U1:Aoutir solo a R9]

Las dos R2resistencias se emparejan con sus respectivas R1resistencias y se adhieren a la Voutecuación estándar incluida en las hojas de datos de este regulador y sus primos, excepto que luego resta el voltaje V_BIAS+(o agrega el voltaje en V_BIAS-) para obtener el real Vout. Depende de usted elegir los valores de R2+y R2-, y también R6, R7y R_ADJ, para darle oscilaciones de voltaje aceptables. Tenga en cuenta que los R2valores no coincidirán debido a la corriente Iadj, que difiere ligeramente de un IC a otro, pero definitivamente del LM317 al LM337. En su mayor parte, la relación entre VadjyIadj es lineal (por experiencia), pero las cosas cambian un poco cuando comienzas a dibujar una corriente significativa en la carga, por lo tanto:

Regulación de alta corriente :

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

No intente extraer demasiada corriente a voltajes más bajos, esto significa una disipación de energía mucho mayor de los circuitos integrados y temperaturas mucho más altas. Si +VDCtiene 18 V, 3.3 V +V_outy 3 +Ioutamperios, tendrá 44 vatios + convertidos en calor. Creo que eso empuja un par de TIP147 modestamente disipados a punto de quemarse.