رگولاتور 5 ولت AMS1117 پکیج Regulator 5V SOT-223

AMS1117-5.0 یک رگولاتور ولتاژ خطی سه‌پایه با خروجی ثابت 5 ولت است. این قطعه ولتاژ DC بالاتر و دارای نوسان را دریافت کرده و تا زمانی که شرایط ورودی، جریان و دما در محدوده مجاز باشند، خروجی تثبیت‌شده 5 ولت ایجاد می‌کند.

این مدل از خانواده AMS1117 بوده و برخلاف نسخه قابل تنظیم، برای تولید خروجی ثابت 5 ولت به مقاومت تنظیم خارجی نیاز ندارد.

AMS1117-5.0 در پکیج SOT-223 برای نصب مستقیم روی سطح PCB طراحی شده است و در مدارهای تغذیه کم‌هزینه، تجهیزات دیجیتال و بردهای توسعه کاربرد گسترده‌ای دارد.

طبق دیتاشیت سازنده، خانواده AMS1117 در نسخه‌های ثابت 1.5، 1.8، 2.5، 2.85، 3.3 و 5 ولت و همچنین نسخه قابل تنظیم عرضه می‌شود.

خروجی ثابت 5 ولت

خروجی این نسخه به‌صورت داخلی روی 5 ولت تنظیم شده است. در نتیجه، برای دریافت خروجی 5 ولت تنها به خازن‌های ورودی و خروجی مناسب و طراحی صحیح مسیرهای PCB نیاز خواهد بود.

این رگولاتور برای تغذیه تجهیزاتی مانند موارد زیر مناسب است:

• میکروکنترلرهای 5 ولتی
• بردهای منطقی
• سنسورها
• نمایشگرهای کوچک
• ماژول‌های الکترونیکی کم‌مصرف
• مدارهای آنالوگ سبک
• تجهیزات کنترلی
• بخش‌های جانبی بردهای دیجیتال

خروجی 5 ولت تنها زمانی تنظیم باقی می‌ماند که ولتاژ ورودی از مجموع ولتاژ خروجی و افت ولتاژ موردنیاز رگولاتور بیشتر باشد.

رگولاتور خطی LDO

AMS1117 در گروه رگولاتورهای Low Dropout یا LDO قرار می‌گیرد. منظور از LDO این است که این قطعه نسبت به رگولاتورهای خطی قدیمی‌تر می‌تواند با اختلاف ولتاژ کمتری میان ورودی و خروجی کار کند.

دیتاشیت AMS1117 حداکثر افت ولتاژ را در جریان کامل حدود 1.3 ولت اعلام می‌کند. افت ولتاژ در جریان‌های کمتر معمولاً کاهش پیدا می‌کند.

برای خروجی ثابت 5 ولت، ولتاژ ورودی عملی باید معمولاً حداقل حدود 6.3 ولت باشد تا قطعه در شرایط سنگین همچنان توانایی تنظیم خروجی را داشته باشد.

استفاده از ورودی 6 ولت ممکن است در جریان‌های کم کار کند، اما در جریان بالا یا با افت منبع تغذیه، خروجی می‌تواند از 5 ولت کمتر شود.

جریان خروجی AMS1117

سازنده برای خانواده جدید AMS1117 قابلیت تأمین جریان خروجی تا 1 آمپر را اعلام کرده است. بااین‌حال، عدد 1 آمپر فقط زمانی قابل دستیابی است که موارد زیر رعایت شوند:

• اختلاف ولتاژ ورودی و خروجی زیاد نباشد.
• مساحت مس PCB برای دفع حرارت کافی باشد.
• دمای محیط پایین باشد.
• خنک‌کاری مناسب انجام شود.
• محدودیت دمای پیوند رعایت شود.
• منبع ورودی جریان کافی داشته باشد.

بنابراین جریان 1 آمپر را نباید به‌عنوان جریان قابل استفاده دائمی در هر مدار و هر شرایطی در نظر گرفت. در پکیج کوچک SOT-223، محدودیت حرارتی معمولاً پیش از محدودیت الکتریکی تعیین‌کننده خواهد بود.

محاسبه توان تلفاتی

AMS1117 یک رگولاتور خطی است و اختلاف میان ولتاژ ورودی و خروجی را به حرارت تبدیل می‌کند.

توان تلفاتی تقریبی از رابطه زیر به دست می‌آید:

P = (Vin − Vout) × Iout

برای مثال، اگر ورودی 9 ولت، خروجی 5 ولت و جریان مصرفی 500 میلی‌آمپر باشد:

P = (9 − 5) × 0.5 = 2W

در این شرایط حدود 2 وات گرما در رگولاتور تولید می‌شود که برای پکیج SOT-223 مقدار قابل‌توجهی است و به سطح مسی مناسب روی PCB نیاز دارد.

مثال دیگر با ورودی 12 ولت و جریان 500 میلی‌آمپر:

P = (12 − 5) × 0.5 = 3.5W

چنین توانی برای یک SOT-223 بدون طراحی حرارتی بسیار مناسب، معمولاً بیش از حد زیاد است و می‌تواند باعث افزایش دما یا فعال‌شدن حفاظت حرارتی شود.

ولتاژ ورودی مناسب

حداکثر مطلق ولتاژ ورودی در دیتاشیت مرجع 15 ولت اعلام شده است؛ اما این مقدار به معنی مناسب‌بودن ورودی 15 ولت در تمام شرایط نیست.

برای انتخاب ولتاژ ورودی باید هم‌زمان موارد زیر بررسی شوند:

• افت ولتاژ رگولاتور
• جریان خروجی موردنیاز
• توان تلفاتی
• دمای محیط
• سطح مس PCB
• تهویه
• حداکثر دمای مجاز قطعه

برای خروجی 5 ولت، ورودی‌هایی در محدوده حدود 7 تا 9 ولت معمولاً نسبت به ورودی 12 یا 15 ولت حرارت کمتری ایجاد می‌کنند؛ البته جریان بار همچنان باید در محاسبات حرارتی لحاظ شود.

پکیج SOT-223

SOT-223 یک پکیج نصب سطحی دارای سه پایه و یک زبانه فلزی بزرگ است. زبانه فلزی علاوه بر اتصال الکتریکی، برای انتقال گرما از تراشه به سطح مس PCB استفاده می‌شود.

مزایای این پکیج عبارت‌اند از:

• مناسب مونتاژ سطحی
• ابعاد کوچک‌تر از پکیج‌های پایه‌دار
• قابلیت مونتاژ ماشینی
• امکان لحیم‌کاری با هیتر یا هویه
• انتقال حرارت به PCB
• مناسب تولید بردهای فشرده
• قابل استفاده در تعمیر بردهای SMD

برای دستیابی به جریان بیشتر، زبانه فلزی باید به سطح مس کافی متصل شود. استفاده از ترک باریک و پد کوچک می‌تواند توان دفع حرارت قطعه را به‌شدت کاهش دهد.

ترتیب پایه‌های AMS1117-5.0

در نسخه ثابت AMS1117-5.0 با پکیج SOT-223، هنگامی که نوشته روی قطعه روبه‌روی کاربر و پایه‌ها در پایین قرار گرفته باشند، ترتیب متداول پایه‌ها از چپ به راست به‌صورت زیر است:

• پایه 1: GND
• پایه 2: VOUT
• پایه 3: VIN
• زبانه فلزی پشت قطعه: VOUT

بنابراین زبانه فلزی بزرگ پکیج به خروجی 5 ولت متصل است و نباید آن را به زمین یا ورودی وصل کرد. پین‌آوت مرجع SOT-223 در دیتاشیت سازنده شامل Ground، VOUT و VIN است و Tab نیز به خروجی متصل می‌شود.

پیش از مونتاژ نهایی، بهتر است پین‌آوت با دیتاشیت برند واقعی قطعه و فوت‌پرینت PCB تطبیق داده شود.

اهمیت زبانه فلزی

زبانه فلزی AMS1117 فقط یک بخش مکانیکی یا حرارتی نیست و از نظر الکتریکی نیز به پایه خروجی متصل است.

در طراحی PCB باید موارد زیر رعایت شوند:

• پد زیر زبانه به شبکه VOUT متصل شود.
• اطراف پد با سایر شبکه‌ها اتصال کوتاه نداشته باشد.
• برای دفع حرارت از سطح مس کافی استفاده شود.
• در برد چندلایه می‌توان از Via حرارتی استفاده کرد.
• نباید زبانه به شاسی یا هیت‌سینک زمین‌شده متصل شود، مگر با عایق مناسب.

خازن خروجی و پایداری

AMS1117 برای پایداری حلقه کنترل به خازن خروجی نیاز دارد. دیتاشیت مرجع استفاده از خازن خروجی مناسب را بخشی از طراحی جبران‌سازی فرکانسی قطعه می‌داند و مقدار 22 میکروفاراد تانتالیوم را برای پوشش شرایط مختلف پیشنهاد می‌کند.

در طراحی عملی، نوع، ظرفیت و ESR خازن اهمیت دارد. تنها توجه به مقدار اسمی خازن کافی نیست.

موارد پیشنهادی:

• خازن خروجی نزدیک پایه VOUT قرار گیرد.
• مسیر اتصال خازن به زمین کوتاه باشد.
• نوع خازن با نیاز پایداری رگولاتور سازگار باشد.
• کاهش ظرفیت خازن سرامیکی تحت بایاس DC در نظر گرفته شود.
• در بارهای پالسی، ظرفیت بیشتری برای پاسخ گذرا در نظر گرفته شود.

خازن ورودی

اگر AMS1117 با فاصله از منبع تغذیه نصب شده باشد یا مسیر ورودی دارای اندوکتانس باشد، قراردادن یک خازن در نزدیکی پایه VIN توصیه می‌شود.

این خازن می‌تواند به موارد زیر کمک کند:

• کاهش نویز ورودی
• کاهش افت لحظه‌ای ولتاژ
• بهبود پاسخ گذرا
• جلوگیری از نوسان ناشی از مسیر تغذیه بلند
• تأمین جریان لحظه‌ای بار

یک خازن سرامیکی کوچک برای حذف نویز فرکانس بالا و یک خازن با ظرفیت بیشتر برای تغییرات کندتر جریان می‌توانند در کنار یکدیگر استفاده شوند.

مقادیر نهایی خازن‌ها باید براساس طراحی مدار، نوع بار و دیتاشیت برند واقعی قطعه تعیین شوند.

حفاظت حرارتی و محدودکننده جریان

AMS1117 دارای مدار محدودکننده جریان و حفاظت در برابر اضافه‌بار حرارتی است. این حفاظت‌ها در شرایط خطا، احتمال آسیب فوری قطعه را کاهش می‌دهند.

بااین‌حال، حفاظت داخلی نباید جایگزین طراحی صحیح شود. استفاده مداوم از رگولاتور در مرز حفاظت حرارتی می‌تواند باعث موارد زیر شود:

• قطع و وصل‌شدن خروجی
• افت ولتاژ
• ریست‌شدن میکروکنترلر
• ناپایداری عملکرد مدار
• کاهش عمر قطعه
• گرم‌شدن شدید PCB

تفاوت جریان اسمی و جریان عملی

عبارت «رگولاتور 1 آمپر» به توانایی الکتریکی تراشه در شرایط مناسب اشاره دارد. جریان عملی قابل استفاده ممکن است بسیار کمتر باشد.

برای مثال، در صورتی که اختلاف ورودی و خروجی زیاد باشد، حتی جریان 300 یا 500 میلی‌آمپر نیز می‌تواند حرارت زیادی ایجاد کند.

جریان مناسب باید با محاسبه توان تلفاتی و مقاومت حرارتی PCB انتخاب شود، نه فقط با عدد درج‌شده روی دیتاشیت یا عنوان فروشگاه.

بازده رگولاتور خطی

بازده تقریبی رگولاتور خطی از نسبت ولتاژ خروجی به ورودی به دست می‌آید:

Efficiency ≈ Vout / Vin

برای مثال، با ورودی 9 ولت و خروجی 5 ولت، بازده نظری حدود 56 درصد است. باقی توان عمدتاً به حرارت تبدیل می‌شود.

با ورودی 12 ولت، بازده نظری برای خروجی 5 ولت حدود 42 درصد خواهد بود.

به همین دلیل AMS1117 برای مدارهایی مناسب‌تر است که:

• اختلاف ورودی و خروجی کم باشد.
• جریان بار پایین یا متوسط باشد.
• نویز کم اهمیت داشته باشد.
• هزینه و سادگی مدار مهم باشد.

برای اختلاف ولتاژ زیاد و جریان بالا، استفاده از مبدل کاهنده سوئیچینگ معمولاً بازده بیشتری دارد.

کاربردهای رگولاتور AMS1117-5.0

• تثبیت ولتاژ 5 ولت
• تغذیه میکروکنترلرها
• مدارهای Arduino و AVR
• بردهای دیجیتال
• ماژول‌های سنسور
• نمایشگرهای LCD و OLED
• مدارهای کنترلی
• تجهیزات مخابراتی کم‌مصرف
• منابع تغذیه خطی کوچک
• پس‌رگولاتور منابع سوئیچینگ
• تجهیزات قابل‌حمل
• تعمیر بردهای الکترونیکی
• بردهای توسعه
• تجهیزات اندازه‌گیری
• پروژه‌های آموزشی
• مدارهای صوتی کم‌مصرف

استفاده به‌عنوان پس‌رگولاتور

یکی از کاربردهای مناسب AMS1117 استفاده بعد از یک منبع سوئیچینگ است.

در این روش، مبدل سوئیچینگ ابتدا ولتاژ را تا مقداری نزدیک به 5 ولت کاهش می‌دهد و AMS1117 نویز و ریپل باقی‌مانده را کاهش داده و خروجی 5 ولت پایدارتر ایجاد می‌کند.

برای مثال می‌توان ابتدا ولتاژ را با یک مبدل Buck به حدود 6.5 یا 7 ولت رساند و سپس از AMS1117-5.0 استفاده کرد. در این حالت، توان تلفاتی رگولاتور نسبت به ورودی 12 ولت بسیار کمتر خواهد بود.

نکات طراحی PCB

برای عملکرد بهتر AMS1117 رعایت موارد زیر در طراحی PCB توصیه می‌شود:

• خازن‌های ورودی و خروجی نزدیک قطعه قرار گیرند.
• مسیر زمین کوتاه و کم‌امپدانس باشد.
• مسیر VIN و VOUT برای جریان موردنیاز پهن طراحی شود.
• سطح مس زیر زبانه VOUT افزایش یابد.
• منابع حرارتی دیگر از قطعه فاصله داشته باشند.
• برای دفع حرارت از Viaهای مناسب استفاده شود.
• جریان بار از مسیرهای باریک عبور نکند.
• حلقه جریان خازن خروجی کوچک نگه داشته شود.
• دمای محیط و محفظه در محاسبات لحاظ شود.

نصب و لحیم‌کاری SOT-223

برای لحیم‌کاری دستی می‌توان ابتدا یکی از پایه‌ها را ثابت کرد، جهت قطعه را تنظیم نمود و سپس سایر پایه‌ها و زبانه را لحیم کرد.

نکات مهم مونتاژ:

• جهت قطعه پیش از لحیم‌کاری بررسی شود.
• از ایجاد پل قلع میان پایه‌ها جلوگیری شود.
• زمان تماس هویه بیش از حد طولانی نباشد.
• مقدار فلاکس مناسب استفاده شود.
• زبانه بزرگ به‌طور کامل به پد حرارتی لحیم شود.
• پس از مونتاژ، اتصال کوتاه VIN، VOUT و GND بررسی شود.
• پیش از اتصال بار اصلی، ولتاژ خروجی اندازه‌گیری شود.

ویژگی‌های رگولاتور AMS1117-5.0

• خروجی ثابت 5 ولت
• رگولاتور خطی از نوع LDO
• جریان اسمی تا 1 آمپر در شرایط مناسب
• حداکثر افت ولتاژ حدود 1.3 ولت
• دارای محدودکننده جریان
• دارای حفاظت حرارتی
• تنظیم خط مناسب
• تنظیم بار مناسب
• پکیج SMD مدل SOT-223
• دارای سه پایه
• زبانه متصل به VOUT
• مناسب مدارهای کم‌مصرف و متوسط
• قابل استفاده به‌عنوان پس‌رگولاتور
• قطعه اقتصادی و پرکاربرد

مشخصات فنی محصول

• مدل: AMS1117-5.0
• نوع قطعه: رگولاتور ولتاژ خطی
• نوع رگولاتور: LDO
• ولتاژ خروجی: ثابت 5 ولت
• جریان خروجی اسمی: تا 1 آمپر با رعایت شرایط حرارتی
• حداکثر افت ولتاژ تضمین‌شده: حدود 1.3 ولت
• حداکثر مطلق ولتاژ ورودی مرجع: 15 ولت
• تعداد پایه: 3 عدد
• پکیج: SOT-223
• نوع نصب: SMD
• پایه 1: GND
• پایه 2: VOUT
• پایه 3: VIN
• زبانه فلزی: VOUT
• حفاظت محدودکننده جریان: دارد
• حفاظت حرارتی: دارد
• دمای پیوند کاری مرجع: 40- تا 125+ درجه سانتی‌گراد
• نیاز به خازن خروجی: دارد
• پلاریته نصب: دارد
• قابلیت تنظیم خروجی: ندارد
• خروجی نامی: 5V DC

مشخصات دقیق ممکن است با توجه به برند، سری تولید و کد کامل حک‌شده روی قطعه متفاوت باشد.