PoL mit LDO Störungsfreie und rauscharme Spannungen

Ein neuer Linearregler mit extrem niedrigem Spannungsabfall und geringem Platzbedarf bietet nun eine Alternative.

Spannungsregler für „Point of Load“-Anwendungen waren bislang – auch wegen des günstigeren Wirkungsgrades – als Schaltregler ausgeführt. Diese Wahl erforderte aber einen erhöhten Aufwand bei der Schaltungsauslegung, um die von den Schaltreglern ausgehenden Störungen sicher abzublocken.

Elektronische Systeme in der Telekommunikation, im Audio/Video-Bereich, in industriellen Anwendungen und in der Medizintechnik benötigen für den störungsfreien Betrieb eine Vielzahl von effizienten AC/DC- und DC/DC-Wandlern für die Versorgung der Funktionsbaugruppen mit den erforderlichen Spannungen und Strömen. Für den Betrieb eines typischen, mit einer CPU bestückten Board werden die jeweils unterschiedliche Spannungen für die Versorgung der Cores in FPGAs, DSPs und Mikroprozessoren von 1,8 V bis herunter zu 0,6 V bei Lastströmen bis zu 3 A und mehr benötigt. Dazu kommt noch die Versorgung für die Speicherbausteine DDR-2, -3 und -4; hier müssen Spannungen von 1,8 V (DDR2) bis 1,35 V (DDR4) bereitgestellt werden.
In den meisten Fällen können diese Spannungen von Abwärtsschaltreglern erzeugt werden, aber wenn Rauschen und Platzbedarf eine wesentliche Rolle spielen, dann sind die sogenannten „Low Drop-out“-Spannungsregler die richtige Wahl. Schaltregler, die eine Versorgungsspannung von 1,8 V auf 1,5 V bis zu 0,6 V herabsetzen, waren bislang jedoch unverzichtbar, da die LDOs, die an einer Versorgungsspannung unterhalb von 2 V mit einem ausreichend kleinen Spannungsabfall arbeiten, nicht verfügbar waren. Die übliche Vorgehensweise ist dann kostspielig, benötigt viel Platz auf der Leiterplatte und verursacht elektromagnetische Störungen sowohl auf den Leitungen als auch per Abstrahlung mit der Schaltfrequenz und den Harmonischen, die bis zu 100 MHz reichen. Für das Layout der Leiterplatte werden umfangreiche Tests für die Qualifizierung der Schaltung erforderlich.
Die Entwickler haben LDOs zur Erzeugung der gewünschten Versorgungsspannung immer dann eingesetzt, wenn der Laststrom wenige 100 mA nicht überstieg. Dies liegt in erster Linie am Spannungsabfall über dem Linearregler, der dann erheblich zu der Gesamtverlustleistung des Systems beitragen kann. Die Ausfallspannung (Drop-out Voltage) ist dann definiert als die Differenz zwischen der Eingangs- und der Ausgangsspannung, die der Linearregler nicht mehr ausregeln kann. Die für niedrige Spannungen ausgelegten Linearregler benötigen zudem häufig eine höhere Spannung für die Versorgung der Schaltungen des Regelkreises, was den Schaltungsaufbau aufwendiger macht. Dabei muss bei diesen Linearreglern ein bestimmter Aufwand getrieben werden, um sicherzustellen, dass die analoge Regelschleife unter allen Lastfällen stabil bleibt und eine gute Sprungantwort aufweist, unabhängig davon, ob Keramik- oder Elektrolytkondensatoren verwendet werden.