Блок отсевной характеристики: особенности, характеристики, достоинства и недостатки. Статьи компании «Компания «НИВА» кирпич рядовой и облицовочный, шлакоблок, бордюры, заборы, тротуарная плитка»

особенности, характеристики, достоинства и недостатки. Статьи компании «Компания «НИВА» кирпич рядовой и облицовочный, шлакоблок, бордюры, заборы, тротуарная плитка»

Отсевоблок, отсевблок, блок отсевной, блок из отсева – всё это название одного строительного материала. Отсевоблок делают из отсева щебня, цемента, крупнозернистого песка. Блок отсевной производиться только из природных материалов и совершенно безвреден для природы и человека.

Готовый отсевоблок формируется методом вибропрессования с дальнейшей естественной сушкой и термической обработкой, что позволяет получить качественный строительный материал нужных размеров и характеристик.

Многие люди путают отсевоблок со шлакоблоком и пренебрегают этим материалов. А зря. Отсевоблок и шлакоблок – это совершенно разные строительные блоки.

Их принципиальные отличия:

— Состав. В отличии от экологически чистых материалов отсевоблока, в состав шлакоблока входит: гравий, опилки, шлаки, отходы горения – эти материалы сложно назвать экологически чистыми.

— Прочность. Прочность осевоблока значительно выше за счёт применения высококачественного цемента и качества сырья (осев).

Достоинства отсевоблока:

Экологичность. Состав смеси для производства отсевных блоков (отсев) полностью экологичен и безопасен для человека и окружающей среды

Прочность и долговечность. Благодаря составу и уникальной технологии производства строения из отсевоблока  отличаются прочностью и сохраняют свои свойств долгие годы.

Хорошая теплоизоляция и звукоизоляция. За счёт состава материала и расположения пустот достигаются оптимальные показатели тепло- и звукоизоляции

Огнестойкость. Предел огнестойкости 1,5 часа.

Морозостойкость. Более 50 циклов замораживания-оттаивания

Экономность. Один отсевной блок может заменить до 7 обычных кирпичей, экономия строительного раствора снижается почти в 2 раза.

Малый вес (блок весит около 16-ти кг. В зависимости от размеров). Благодаря пустотелости отсевоблоков снижается общая нагрузка на фундамент, что способствует долговечности дома и экономии на самом фундаменте.

Скорость возведения. Благодаря удобным размерам и небольшому весу скорость возведения здания увеличивается в несколько раз.

Простота. Кладка из отсевоблока не требует обучения и высокой квалификации. Относительно небольшой вес позволит работать без применения тяжёлой техники.

Недостатки отсевоблока:

Неприглядный вид. Несмотря на широкую область применения строения из отсевного блока уступают по красоте зданиям из обычного кирпича.

Стоимость. Несмотря на невысокую стоимость отсевоблока, можно купить в Краснодаре строительные блоки дешевле и из других материалов уступающие по характеристикам, но тем не менее успешно применяемых в строительстве.

Таким образом, если Вы планируете облицовку здания или внешний вид строения не принципиально важен, то может смело покупать отсевблоки и построить дом из экологически чистого материала.

Кирпичный завод «Нива», г. Абинск, Краснодарский край

Характеристики блоков

Характеристики блоков

Керамзитобетонный блок представляет собой вибропрессованное изделие с последующей тепло-влажностной обработкой. В состав этих блоков входит: цемент, песок, керамзит и вода. Ранее в состав вместо керамзита входил шлак, отсюда старое название — шлакоблок. В настоящее время СЭС запрещает изготавливать блоки со шлаком по экологическим соображениям. Шлак заменен экологически безопасным природным материалом — керамзитом(обожженная глина).

В нашей стране и за ее пределами керамзитобетон широко используется в строительстве. Все панельные дома в России и СНГ построены из керамзитобетонных панелей. Керамзитобетон хорошо зарекомендовал себя как долговечный и практичный материал. Доля строительства из керамзитобетонных блоков в Европе и США приближается к 50%. Практичные европейцы ценят керамзитобетонные блоки за их долговечность, экономичность и экологическую чистоту.

Произведенный на промышленном оборудовании этот блок должен иметь: 
1. Ровные грани и поверхности 
2. Несквозные отверстия (для удобства кладки)

А так же блоки должны быть упакованы на поддоны, чтобы была возможность разгружать краном или манипулятором.

Существуют керамзитобетонные блоки различных марок прочности: от М25 до М100. Для строительства загородного дома предпочтительней использовать блоки от М50. Для хозяйственных построек, гаражей и заборов можно использовать блок бетонный марки  и ниже.

Морозостойкость так же бывает различная от F15 до F100. При использовании производителем различных химических добавок в бетон, марка морозостойкости снижается ниже F50. Такие блоки (F15, F25, F35) не экологичны и недостаточно долговечны для строительства жилых домов.

Так же различается и вес блоков. Объемный вес (средняя плотность) может быть от 800 до 1500 кг/куб.м. Блоки весом ниже 800 лучше не использовать, так как для облегчения веса блока и его стоимости, производители добавляют в бетон слишком мало цемента и песка, что сказывается на свойствах. С весом более 1200 в блоках слишком мало керамзита, что сказывается на теплоизоляционных и шумоизоляционных свойствах.

Оптимален вес от 800 до 1200. Эти блоки можно разделить на 2 категории: 
— Облегченные (весом от 800 до 950 кг/куб.м.). Имееют зернистую поверхность. 
— Нормальные или универсальные (весом от 950 до 1200 кг/куб.м.). Имеют гладкую поверхность.

В настоящее время, когда утепление домов является обязательным по СНИПам, оптимальнее использовать блоки нормальной плотности. Они обладают рядом преимуществ: гладкая поверхность не требует тщательной отделки, а больший вес увеличивает тепловую инерцию стены (эффект русской печи), а так же меньшая стоимость.

Какие блоки выбрать для строительства стен?

 

1.Какие стеновые блоки и материалы существуют?

Рассмотрим в этой статье такие популярные материалы как:

Керамзитобетонные блоки 
Пенобетонные блоки (Пеноблоки) 
Кирпич (Керамический) 
Газосиликатные блоки 
Опилкобетонные 
Шлакоблоки

блок бетонный продажа

2. Какими свойствами обладают эти материалы?

Приведем сводную таблицу свойств каждого материала:

	Керамзитобетонные	Пеноблоки	Кирпич	Газосиликатные	Опилкобетонные	Шлакоблоки
прочность (кг/кв.см)	50-150	10-50	50-150	5-20	20-50	25-75
объемный вес (кг/куб. м)	700-1500	450-900	1000-2000	200-600	500-900	500-1000
Теплопроводность (Вт/мГрад)	0,15-0,45	0,2-0,4	0,3-0,8	0,15-0,3	0,2-0,3	0,3-0,5
Морозостойкость (циклов)	50	25	50	10	25	20
Время остывания стены (часы)	75-90	60	75-90	50	65	65
Усадка (% мм/м)	0	0,6-1,2	0	1,5	0,5-1	0
Водопоглощение (%)	50	95	40	100	60-80	75
Стоимость (руб/куб. )*	2500	2800	3000	2900	2400	2000

*средние цены по данным на 01.10.2011

3. Что значат все эти параметры?

Прочность — показывает какую нагрузку на сжатие может выдержать блок. Тоесть если нагрузка 50 кг/кв.см., то блок размером 390х190х190 выдерживает 37050 кг.

Объемный вес — это условная плотность блока с учетом пустот. То есть сколько весит 1 кубометр материала.

Теплопроводность — показывает какое количества тепла будет уходить через стену площадью 1 кв. м при перепаде температур в 1 градус.

Морозостойкость — количество циклов замораживания/отмораживания, необходимых для понижения прочности блока на 10%. Определяет срок службы стен. Как правило 1 цикл в средней полосе России проходит за 1 год.

Время остывания стены — показывает количества тепла, запасаемое материалом, и сколько времени он его отдает. Чем больше этот параметр, тем комфортнее проживание, так как перепады температуры в доме уменьшаются. Очень важный параметр, так как современные отопительные системы предусматривают периоды отключения отопления. Чем больше время остывания стены, тем реже будет включаться автоматическая система и меньше будут перепады температуры в доме, что увеличивает комфорт внутри помещения. А так же, это увеличивает ресурс системы и уменьшает энергозатраты.

Усадка — величина, на которую уменьшается размер блока после строительства.

Водопоглощение — количество влаги, которое способен поглотить материал.

4. Что представляют собой эти блоки?

Керамзитобетонные блоки — стеновой материал, состоящий из цемента, песка и керамзита (обожженная глина). Производится путем вибропрессования с последующей пропаркой. Может быть как полнотелым, так и пустотным. Монтируется пустотами вниз на пескоцеменый раствор. Пустоты, если они имеются, должны быть НЕСКВОЗНЫМИ, чтобы при монтаже раствор не проваливался внутрь стены. Область применения — возведение несущих стен домов, перегородок, закладывание проемов в монолитном домостроении.

Пенобетонные блоки (Пеноблоки) — стеновой материал, состоящий из цемента, песка и пенообразующих веществ. Производится методами минерализации пены либо поризации раствора с последующией теплообработкой. Монтируется как на пескоцементный раствор, так и на спецальные смеси (клеи). Область применения — возведение стен домов, перегородок, закладывание проемов в монолитном домостроении.

Кирпич — стеновой материал, состоящий из глины и песка. Производится методом пластического формования с последующим обжигом. Монтируется на пескоцементный раствор. Область применения — возведение стен домов, перегородок, закладывание проемов в монолитном домостроении.

Газосиликатные блоки — стеновой материал, состоящий из песка, пенообразующих веществ и силикатного вяжущего. Производится по технологии сходной с технологие производства пенобетона. Монтируется на клей. Область применения — возведение перегородок и НЕ НЕСУЩИХ стен.

Опилкобетонные блоки — блоки изготовленные по технологии керамзитобетонных. Единственное отличие от керамзитобетонных состоит в том, что в качестве наполнителя используется не керамзит, а отходы древесного производства.

Шлакоблоки — стеновой материал, изготовленный таким же методом, но в качестве наполнителя используются отходы сталелитейной промышленности — доменный шлак.

5. В чем преимущества и недостатки блоков?

У каждого стенового материала имеются свои преимущества и недостатки, которые влияют на их область применения.

Керамзитобетонный блок. Имеет большую прочность по сравнению с остальными блоками, а так же большую морозостойкость, что вместе дает большой срок службы и высокую надежность конструкции. Благодаря самому низкому водопоглощению не требует ухода и является стойким к погодным явлениям. В качестве достоинств стоит отметить и низкую стоимость. Еще одно положительное свойство керамзитобетонного блока — отсутствие усадки, что позволяет избежать трещин на стенах и изменения геометрии стен в будущем. Большое время остывания увеличивает комфорт, так как снижает перепады в температуры внутри строения.К недостаткам можно отнести вес по сравнению с пенобетоном и газосиликатом.

Пенобетонный блок (Пеноблок). Имеет меньший вес и идеальную геометрию, что облегчает монтаж. Запас прочности достаточный, но при условии грамотного утепления и изоляции стены от атмосферы, так как морозостойкость достаточно низкая, а водопоглощение близко к 100%. Только при грамотной изоляции будет иметь достаточно долгий срок службы.  Как минус — неудобство крепежа, так как пористая структура блока не позволяет достаточно надежно закрепить в нем дюбеля. Пористая структура так же является удобной средой для различных грибковых образований. Имеет усадку, из-за которой на стенах образуются трещины. Достаточно высокая стоимость.

Кирпич. Как и керамзитобетонные блоки имеет хороший запас прочности и достаточную морозостойкость. Это делает стены из кирпича долговечными и стойкими к атмосферным явлениям. Низкое водопоглощение позволяет использовать его так же и как облицовочный материал. Минусом являются: низкие теплоизоляционные свойства, трудоемкость монтажа, высокая стоимость самого кирпича и услуг по его кладке, большой расход кладочной смеси.

Газосиликатный блок. Имеет самый малый вес и идеальную геометрию, что облегчает монтаж и уменьшает время строительных работ. Как плюс еще и возможность монтажа на клей, что позволяет свести к минимуму неудобства при монтаже в жилой квартире. Как минус — низкие показатели по прочности, морозостойкости и водопоглощению, что ограничивает их область применения лишь теплыми и сухими помещениями в качестве перегородочного материала. Склонен к образованию грибка как и пенобетон. Имеет усадку, из-за которой на стенах образуются трещины.

Опилкобетонный блок. Как преимущество — достаточно низкая стоимость и малый вес. Но из-за высокого водопоглощения и недостаточно высокой морозостойкости срок службы стен ограничен. Плохая геометрия из-за использования опилок в составе бетона, так как в процессе прессования они изменяют геометрию блока.

Шлакоблок. Устаревший строительный материал. Имеет низкую экологичность из-за использования доменного шлака. Так же низкие показатели по морозостойкости и водопоглощению сильно снижают срок службы стен. В качестве плюса стоит отметить низкую стоимость и небольшой вес. В настоящее время заменен экологичным керамзитобетонным блоком, который по важным параметрам намного превосходит шлакоблок.

блок керамзитный в краснодаре

6. Так какой же блок выбрать?

Строители Европы и других развитых стран выбирают керамзитобетонный блок, как оптимальный по сочетанию параметров. Доля строительства в Европе из керамзитобетонного блока превышает 50%. Кирпич же используется больше как облицовочный материал из-за своего презентабельного внешнего вида и долговечности.

Из приведенных данных следует, что для строительства стен дома оптимален керамзитобетонный блок.

Обзор характеристик и свойства шлакоблока

Среди недорогих стройматериалов, которые применяют для возведения любых построек, в том числе жилых домов, является шлакоблок. Его популярность обусловлена тем, что делают его практически из отходов.

Изначально производство блоков велось из доменного шлака, но сейчас принято использовать для этого любые бросовые наполнители. Это вулканические породы, песок, котельный шлак и зола, отсев, измельченный керамзит. В основе этого бетона лежит неорганический наполнитель.

Целью данной статьи будет ознакомление читателей со свойствами и характеристиками шлакоблока согласно ГОСТ 6133−99.

Предназначение шлаклблоков

Различные виды шлакоблока применяются для различных целей. Их характеристики могут существенно различаться. ГОСТ определяет использование конкретных разновидностей изделий для решения тех или иных задач. Весь шлакоблок можно классифицировать следующим образом:

• Полнотелые блоки, для изготовления которых был использован тяжелый наполнитель. Они применяются для кладки цокольных этажей, фундаментов и опор. Прочность такого материала на сжатие является максимальной — М125 и М100.
• Полнотелые блоки для кладки стен. Они обладают меньшей прочностью (М75, М50). Теплопроводность у них повышенная ввиду отсутствия пустот, поэтому такие стены желательно дополнительно утеплять.
• Пустотелые блоки. Это материал для возведения любых стен. Сочетают в себе достаточную для строительства прочность, хорошие теплоизоляционные характеристики, а также приемлемую стоимость.
• Пустотелые блоки с повышенной пустотностью (около 40%) обладают высокими теплоизоляционными свойствами, но их прочность является пониженной (М35). Такие изделия не используются для кладки несущих конструкций, но применяются в качестве утеплителей, а также для создания перегородок внутри помещений.
• Перегородочные блоки. Они имеют вдвое меньшую толщину, чем блоки стандартных размеров. Применяются для кладки межкомнатных перегородок. Могут использоваться также для заполнения пустот в основных стенах, если их прочность позволяет это делать.
• Облицовочные блоки. Как и облицовочный кирпич, шлакоблок может использоваться в качестве облицовочного материала для стеновых поверхностей. Для этих целей ему придается декоративный вид. Поверхность материала может быть колотой, рваной, имитировать натуральный камень. Часто блоки окрашивают в определенный цвет. Окраска придает шлакоблоку оригинальность, а также дополнительно защищает его от атмосферного влияния.

Варианты конструкций блоков и размер пустот

Основный технические характеристики шлакоблока

Перед тем, как приобрести какой-либо строительный материал, необходимо изучить его технические характеристики. Это поможет лучше понять, подходит ли этот материал для ваших конкретных целей. Все основные характеристики определяются ГОСТ, поэтому подобрать нужный материал можно сравнительно просто. Весь шлакоблок, используемый для строительных нужд, классифицируется по следующим параметрам.

Размер

Важно понимать, что не существует единого размера шлакоблока, который мог бы использоваться универсально. Имеется несколько размеров, каждый из которых характерен для отдельных групп материалов.

Перечислим такие группы:

1. Стеновые блоки, используемые для формирования несущих конструкций. Согласно ГОСТ, шлакоблок имеют длину 391 мм, ширину — 190 мм, высоту — 188 мм.
2. Перегородочные изделия, которые укладываются внутри помещений, и не испытывают давящих нагрузок. Для них ГОСТ определяет такие размеры: длина — 391 мм, ширина — 90 мм, высота — 188 мм.

Вес

Вес отдельно взятого блока зависит от процента его пустотности, а также от материала наполнителя. Обычно пустотность составляет от 28 до 40%. Наиболее легкими являются шлакоблоки, имеющие 40% пустоты. Самые тяжелые блоки — полнотелые. По материалу можно сказать, что керамзит, используемый в качестве наполнителя, уменьшает общий вес изделия, а гранитный отсев или щебень его увеличивают. Приводим сравнительную таблицу соответствия веса и прочих параметров блоков.

Таблица зависимости веса блока 390x190x188 от плотности и объема пустот

Плотность, кг/м3	Пустотность, %	Масса, кг	Вид блока
750	40	10,5	двухпустотный
1000	40	14	двухпустотный
800	35	11	четырехпустотный
1000	35	14	четырехпустотный
800	30	11,5	семищелевой
1000	20	14	двухпустотный
1200	0	17	полнотельный
1400	0	19,5	полнотельный

Плотность

ГОСТ определяет плотность для полнотелых шлакоблоков не более 2200 кг/м³. Для пустотелых аналогов этот показатель составляет 1650 кг/м³. Практика показывает, что чаще всего используются заготовки с плотностью 750–1600 кг/м³. Чем большего размера фракции используются в наполнителе, тем большей плотностью обладает шлакоблок.

Теплопроводность

Шлакоблок считается «теплым» материалом. Во многом такое суждение верно из-за наличия в блоках пустот. Пустоты заполнены воздухом, который является прекрасным теплоизолятором. В этом плане полнотелые изделия будут более холодными, несмотря на большее количество израсходованного для их изготовления раствора.

Теплопроводность шлакоблока зависит напрямую от состава наполнителя —  составляет 0,27–0,65 Вт/м*К.

Для сравнения, у красного кирпича этот показатель равен 0,8. Силикатный же кирпич имеет теплопроводность около 0,9 Вт/м*К. Если в качестве наполнителя используются опилки, то данный показатель будет минимальным. Если же задействован гравий, то теплопроводность будет стремиться к максимуму.

Дополнительные свойства

1. Прочность на сжатие — важный параметр, по которому определяется марка шлакоблока. Для присвоения шлакоблоку определенной марки проводят следующие испытания. Блок укладывают на ровную поверхность, после чего придавливают сверху плитой. При этом контролируют силу прижима. Фиксируют момент разрушения блока. Например, если блок полностью разрушился при давлении на него весом 100 кг, то ему будет присвоена марка М100. ГОСТ определяет марки шлакоблока от М35 до М150.
2. Срок службы — шлакоблок является очень долговечным материалом, т. к. он практически не подвержен перепадам температур, может эксплуатироваться в самых суровых климатических условиях. Считается, что срок службы шлакоблока превышает 100 лет.
3. Максимальная этажность — свойства материала, регламентированные ГОСТ, позволяют возводить постройки из шлакоблока не более 3-х этажей. Это ограничение касается несущих стен.
4. Степень звукоизоляции — стена из выложенного в один слой шлакоблока способна пропустить сквозь себя звуковые колебания с уровнем до 43 дБ.
5. Уровень водопоглощения — в связи с тем, что шлакоблок является пористым материалом, он сравнительно хорошо напитывается влагой. Уровень его водопоглощения может составлять до 75 %. Именно поэтому рекомендуется снаружи производить отделку стен каким-либо облицовочным материалом: штукатуркой, сайдингом, пластиком и т. д.
6. Устойчивость к возгоранию — материал не горит даже при очень высоких температурах, сохраняя свои свойства. Он способен выдерживать температуру до 800 градусов. То есть, ему не страшен даже сильный пожар.
7. Усадка материала. — в процессе эксплуатации шлакоблок не дает абсолютно никакой усадки, поэтому его можно назвать в этом плане идеальным стройматериалом.

Состав раствора для изготовления шлакоблока

Для изготовления блоков смешивают в сухом виде шлак, цемент и песок, заливают водой, а затем снова перемешивают. Если в раствор добавлять глину или известь, то он становится более пластичным. Из такого состава легче формировать заготовки.

Таблица состава смеси шлакобетона для изготовления блока

Марка шлакобетона	В частях по массе / В объемных частях				Плотность, кг/м3
	Цемент М400	Известь	Песок	Шлак
М10	1 / 1	1 / 0,8	2 / 1,2	14 / 20	900
М25	1 / 1	0,5 / 0,4	2 / 1,4	7 / 10	1050
М35	1 / 1	0,4 / 0,2	2 / 1,4	4,7 / 6	1200
М50	1 / 1	0,25 / 0,2	3 / 1,4	2,5 / 4	1350

Примечание к таблице:

• плотность компонентов:
  • цемента — 1100 кг/м³;
  • известкового теста — 1400 кг/м³;
  • песка — 166 кг/м³;
  • шлака — 700-1000 кг/м³ (в зависимости от соотношения крупных и мелких фракций).
• для 1 м³ готовой смеси используют примерно 250 л воды;
• шлакобетон М10 используют как теплоизоляционный, М25 и М35 — для наружных, а М50 — для внутренних несущих стен.

Процесс изготовления шлакоблока

Все параметры блоков, которые произведены по соответствующим технологиям, должны соответствовать положениям ГОСТ 6133−99. Процесс производства состоит из 4-х основных этапов:

1. Приготовление сухой смеси из цемента, наполнителей и пластификаторов. Все компоненты тщательно перемешиваются до образования однородной смеси.
2. В смесь добавляется вода, и производится ее перемешивание до образования бетонного раствора.
3. Получившийся раствор заливается в специальные формы, после чего подвергается воздействию вибрации. По ГОСТ вибропрессование длится от 10 сек до 1,5 мин.
4. Готовые блоки сушатся до 4 суток, после чего отправляются на склад, где процесс отвердения длится еще 30 дней.

Преимущества использования шлакоблока

Данный материал обладает очень важными преимуществами, которые отсутствуют у его аналогов:

• Стоимость блоков является наиболее низкой среди всех строительных материалов, используемых для возведения стен и фундаментов. Происходит это в связи с низкой себестоимостью применяемых расходных компонентов.
• Блоки, благодаря их размерам, укладываются очень быстро. Это позволяет экономить время строительства. Также экономится кладочный раствор.
• Надежность, прочность строений.
• Долговечность.
• Теплоизоляционные свойства пустотелого шлакоблока позволяют создавать теплые здания.

Недостатки шлакоблока

Перечислим основные отрицательные стороны шлакоблока, которые, впрочем, не являются критическими:

• Наружную поверхность стен рекомендуется штукатурить для обеспечения защиты от влаги.
• Отдельные блоки, особенно полнотелые, обладают значительным весом.
• Эстетические качества материала недостаточно хороши.

В целом можно заключить, что шлакоблок является отличным выбором для производства строительных работ различного назначения. Правильно выбирая нужную разновидность материала, можно гарантированно получить отличное качество строения.

БЛОК (отсевной)

ЖБИ Новороссийск. ЖБИ Анапа. ЖБИ Геленджик

Описание и преимущества отсевного блока.

Данный стеновой  отсевной блок в Новороссийске произведен по технологии полусухого прессования и относится к классу пескоцементных. В его составе песок, отсев, цемент, вода, специальная добавка. Такой блок имеет высокую теплопроводность (т. е. стену из такого блока придется утеплять), но очень прочный, имеет отличную геометрию и ровные грани.

К тому же он не впитывает влагу, чему способствует процесс принудительной сушки в сушильной камере.

Данный блок прошел комплексные испытания в лаборатории и подтвердил марку по прочности М50, что позволяет применять его для строительства несущих и самонесущих стен и заполнения каркаса зданий.

ЖБИ Юг изготавливает следующий ассортимент отсевных блоков в Новороссийске:

 

НАИМЕНОВАНИЕ ТОВАРА	Размер См	ВЕС кг.	Количество Шт.	ЦЕНА За шт.
Блок 20	190х190х390	20	60	31
Блок 12	120х190х390	12	100	24
Блок 9	90х190х390	10	100	22

 

На сегодня, шлакоблоком называют строительный камень, где наполнителем может быть практически что угодно:

• Собственно, сам шлак
• Речная и гранитная щебёнка
• Песок
• Бой различных материалов: кирпича, бетона, затвердевшего цемента
• Керамзит или керамзитовый гравий. Легкоплавкие глины при быстром отжиге «вспучиваются». Получаются гранулы округлой или овальной формы, с хорошими теплопроводными свойствами.
• Попутные продукты горения угля: зола, котельный шлак.
• Перлит – вулканическая порода. В дроблёном перлите, при быстром нагревании, вода переходит в пар и вспучивает размягчённую породу, которая увеличивается в объёме до 20 раз. Полученные зёрна используют в виде наполнителя.

От свойств наполнителя напрямую зависят технические характеристики материала: теплопроводность, плотность, морозоустойчивость, прочность. Например, щебень, песок, гальку, используют как наполнитель для полнотелого шлакоблока. Материал получается плотный, тяжёлый, с высокой теплопроводностью и очень прочный.

Шлак, перлит, керамзит используют для изготовления более лёгкой бетонной смеси. Из неё получаются блоки с меньшим весом и теплопроводностью. Добавление опилок позволит изготовить экологический, теплоустойчивый, и одновременно пожаробезопасный блок, но его обязательно надо будет закрыть от осадков.

 

Компания ЖБИ ЮГ занимается изготовлением, продажей и доставкой ЖБИ в Новороссийске, Геленджике, Анапе

 

 

Какие блоки лучше для строительства дома, какие блоки самые надежные

Каменный дом во многих отношениях даст фору деревянным и каркасным строениям. Более прочный, менее пожароопасный он прослужит не одно поколение. Плюс строительные блоки ощутимо сокращают время на возведение здания. Разновидностей блоков много, попробуем разобраться, как выбрать оптимальный вариант под имеющийся бюджет.

 

Строительные блоки: виды и технические характеристики

Основа любого строительного блока – бетон. Иногда только он один, чаще – в комбинации с другими материалами. Классический железобетонный блок изготавливается из цемента и гравия и армируется металлом для повышения прочности конструкции. Стройматериал получается тяжелый (минимальный вес одного блока равен 15 кг), поэтому применяется в основном для укладки фундамента и наружных стен в многоэтажных зданиях.

При строительстве индивидуального жилья, дачного домика, коттеджа, возведении стен для внутренней планировки помещений применяют блоки из так называемых легких бетонов, чья объемная масса не превышает 1800-2000 кг/м3. «Начинкой» здесь идут пористые, ячеистые и легкие органические заполнители. Производители не просто пытаются сделать бетоны легче, но и снизить теплоотдачу здания, повысить паропроницаемость.

 

Можно выделить следующие виды современных бетонных блоков:

• Газосиликатные блоки состоят из смеси цемента, извести и алюминия, затвердевшей под давлением выше атмосферного. Материал обладает пористой структурой, удобен в эксплуатации, легко обрабатывается и режется вручную, белые стены из него можно не штукатурить. Как правило, штучное изделие имеет стандартный размер – 60х20х25 см.

 

• Шлакобетонные блоки создаются в специальных прессовальных машинах на базе шлаковых металлургических и зольных отходов, мелкой щебенки. Про вред для здоровья таких блоков – миф. В СССР из шлакощелочных бетонов успешно строили многоэтажные дома. В Европе до сих пор производят его десятки миллионов тонн в год. Такой бетон и блоки из него в разы дешевле. Из них предпочитают возводить промышленные здания, склады, гаражи, сараи.

 

• Пенобетонные блоки делают из песка, цемента, воды и пенообразователя (ячеистый бетон). Раствор взбивают и заливают в формы, стандартных размеров 20х30х60 см. Материал легкий, хорошо держит тепло и звук. Удобен при возведении внутренних, не несущих стен.

 

• Керамзитовые блоки. Материал с наполнителем из гранул пенистой обожженной глины, изготавливается путем прессования. Возможны вариации: полимерные утеплители и облицовка (не требует дополнительных обработки и утепления), имитация кирпича, плитки или даже натурального камня.

 

• Арболитовые блоки. «Бетонность» материала весьма условна, поскольку на 90 % он состоит из деревянной щепы, скрепленной цементом, а часто и гашеной известью с сульфатом алюминия. Дом со стенами из арболита – почти деревянный дом: сухой и теплый, но при этом материал не горюч и не подвержен гниению, хотя активно поглощает влагу. Близки по составу к ним опилкобетонные блоки.

 

• Керамические блоки (или поризованный кирпич). Фактически являются кирпичом, но в глину примешиваются деревянные опилки, которые в ходе термической обработки выгорают, образовывая своеобразные поры в структуре материала. Размер стандартного керамоблока составляет 38х24,8х23,8 см. Прочные и хорошо держат тепло, но поглощают много влаги и обладают достаточно хрупкой структурой, поэтому штробить их не рекомендуется, использовать ударный режим при сверлении тоже нельзя.

 

• Полимерные блоки состоят из бетонной основы и полистирола, что делает материал прочным и хорошо держащим тепло. Но полимерный блок имеет склонность при большой нагрузке на несущую конструкцию усаживаться. Поэтому лучше его применять для возведения перегородок или утепления, но не основных стен.

 

Критерии выбора строительных блоков

Цели может быть три: конструкционная, конструкционно-теплоизоляционная, теплоизоляционная. Проще говоря, нужно просто что-то построить, утеплить или то и другое вместе.

Первый критерий – прочность материала, то есть способность выдерживать определенные физические нагрузки.

Для того чтобы выбрать подходящий блок, нужно смотреть на марку. Так марка керамзита М – 50-150. Значит, материал выдерживает нагрузку от 50 до 150 кг на квадратный сантиметр, это очень высокая прочность.

Например, пеноблок маркируется показателем 0,25-12,5, а значит, возводить из него несущие стены будет ошибочно. В интернете можно найти сводные таблицы прочностей строительных блоков и произвести необходимые для конкретных нужд расчеты.

Второй критерий – отношение к разным температурам

Стоит обратить внимание на морозостойкость материала: любой строительный блок способен выдержать ограниченное количество циклов полной заморозки и оттаивания, после чего он начнет разрушаться. Даже в высоких широтах стены полностью не промерзают, поэтому показатель является условным. Уровень морозостойкости (Мрз) 35 (столько полных заморозок выдержит) является достаточным, большинство легкобетонных блоков его достигают. Для керамических моделей показатель составляет 50.

Способность материала впитывать влагу

Бетон здесь уступает кирпичу, поэтому стены из любого вида блоков нуждаются во внешней отделке фасадов (облицовка, штукатурка, сайдинг и т.д.). Поэтому процедуру отделки не стоит откладывать на год, до начала нового дачного сезона.

Нужно ли учитывать усадку дома или коттеджа из строительных блоков?

Здесь многое зависит от фундамента: для возведения малоэтажных зданий из строительных блоков обычно выкладывается ленточный монолитный фундамент, сравнительно бюджетный и достаточно прочный. Материал тоже играет свою роль: газобетон и пенобетон наиболее подвержены усадке, тогда как керамзитобетон, керамика и арболит с этим вызовом справляются успешно. В любом случае необходимо соблюдать технологию кладки, в частности, не забывать про ее армирование специальной металлической сеткой или альтернативным материалом (пластиком, например) по всему периметру стен. Данная процедура станет чем-то вроде стяжки и предотвратит появление трещин на стенах.

 

Чем бетонные строительные блоки лучше дерева и кирпича?

Строить из бетонных блоков любого типа гораздо быстрее, чем из кирпича, даже с учетом затраченного времени на армирование. Некоторые умельцы справляются своими силами, не прибегая к помощи строительных бригад. Гораздо проще рассчитать необходимое количество блоков (кстати, для этого есть удобные онлайн калькуляторы), чем объемы кирпича или расход дерева.

Но после возведения стен неизбежно встанет вопрос их отделки, и здесь опять возможны варианты. Так, например, для газоблоков и пеноблоков необходимо предусмотреть некоторое вентиляционное пространство, поскольку они хорошо впитывают влагу.

Керамзит и керамика хорошо сочетаются с кирпичными фасадами и штукатуркой. Активно практикуется сайдинг, вагонка, фасады с утеплителем и так далее. Здесь уже все упирается в ваши вкусы и бюджет. Само возведение «скелета» здания из блоков мало того, что быстрее, но еще и обойдется дешевле строительства из кирпича.

При соблюдении нехитрых правил (фундамент с минимальной усадкой, отделка, не допускающая скопления влаги) дом из искусственного камня простоит 100 лет точно. Конструкция из пеноблоков, арболита при правильной эксплуатации выдержит несколько десятков без капитального подновления.

керамзитобетонные или пескоцементные блоки? В чем разница и как правильно выбрать.

Блоки из керамзитобетона и пескоцемента многих вводят в заблуждение — оба материала сегодня пользуются большой популярностью, но в чем их принципиальные отличия? Сравним эти продукты, чтобы понять, как они могут дополнять друг друга. Если грамотно сочетать блоки разных видов, можно практически полностью выстроить дом — от основания до крыши.

По каким параметрам выбирать блоки?

Важнейшие качества стройматериалов для фундамента, стен — это прочность морозоустойчивость, плотность, влаго- и шумопоглощение, теплопроводимость и термическое сопротивление. Именно по этим параметрам сравним керамзитобетонные блоки с пескоцементными на примере выполненных из разного сырья фундаментного полнотелого блока 39×19×18,8 см и четырехпустотного с такими же габаритами.

	Блок 39×19×18,8 четырехпустотный		Блок 39×19×18,8 полнотелый
	керамзитобетон	пескоцемент	керамзитобетон	пескоцемент
Прочность	М 50	М 100	М 75	М 150
Плотность, кг/м3	1200	1450	1460	2200
Морозоустойчивость	F 35	F 50	F 50	F 50
Теплопроводимость, Вт/м °С	0,17	0,80	0,32	1,15

Для фундамента — пескоцементные блоки

По прочности пескоцементные блоки превосходят керамзитобетонные раза в два, хотя последние также очень прочны. В зданиях малой этажности несущие стены с первого по третий этаж можно строить из керамзитобетонных блоков. А если планируется устанавливать тяжелые перекрытия из железобетона, оптимальным выбором станут пескобетонные блоки.

Для сооружения фундамента и подвала следует выбирать только пескоцементные блоки! Керамзитобетонные сильнее поглощают воду и менее устойчивы к морозу, поэтому для фундамента не годятся, и стену из них недопустимо оставлять без отделки, не выполнив штукатурных или фасадных работ.

Для стен — керамзитобетонные блоки

Выбирая материал для строительства стен, обращайте внимание прежде всего на теплопроводность. У пескоцементных блоков она существенно выше. Наиболее «холодный» из керамзитных блоков, которые мы рассматриваем, теплее наиболее теплого пескобетонного (то есть 0,32 < 0,80 Вт/м °С). Из этого факта можно сделать вывод, что стену лучше строить из керамзитобетона. Для утепления подвального помещения можно использовать перегородочные блоки из керамзита. Достаточно выложить ими стену из пескоцементных блоков внутри подвала, чтобы его утеплить.

Почему керамзитобетонные блоки лучше изолируют звук?

Сделать выводы о звукоизоляции, которую обеспечивают пескоцементные и керазитобетонные блоки, можно исходя из плотности изделий. У материалов с меньшей плотностью, как известно, звукоизоляция выше. Но с блоками следует разобраться детально. Плотность полнотелого из керамзитобетона несколько выше плотности пескоцементного с пустотами. Однако это не означает, что первый хуже изолирует звук.

Конечно, пустоты препятствуют распространению звуковых волн, поскольку волны переходят из тела в твердом агрегатном состоянии в воздух и обратно. Но у керамзита особенная пористая структура, прекрасно гасящая звуковые колебания. И получается, что блоки с ним эффективнее пескоцементных защищают помещение от шума извне.

Какие же блоки купить для строительства?

Итак, сравнив характеристики керамзитобетонных и пескоцементных блоков, мы видим, что они могут прекрасно сочетаться:

• Если часть конструкции должна быть исключительно прочной и абсолютно невосприимчивой к влаге, лучший выбор — пескоцементные блоки. Из них оптимально выполнять фундамент, цоколь, сооружать подвал и несущие стены высокой прочности.
• Если от части конструкции требуются высокие шумо- и теплоизоляция, для ее постройки лучше купить керамзитобетонные блоки. Их также можно успешно использовать для строительства несущих стен первого—третьего этажей и обустройства межкомнатных перегородок.

Где заказать пескоцементные и керамзитобетонные блоки?

Приобрести качественные пескоцементные и керамзитобетонные блоки по цене производителя вы можете на сайте компании «Максимово». Для вас мы изготовим и поставим надежные стройматериалы с наиболее подходящими характеристиками для того или иного сооружения.

В любое удобное вам время обращайтесь к нам, отправив заявку на сайте, звоните по указанным телефонам или заказывайте обратный звонок. Мы работаем без выходных. Если вам нужно купить блоки из керамзитобетона и пескоцемента, приобретая и те, и другие у нашей компании, вы можете рассчитывать на скидку.

Сотрудничать с нами удобно: легко сделать заказ в любой день недели, с доставкой на объект по Москве и области, центральным регионам РФ, купив разные материалы в одном месте.

Евроблок

Характеристики:

Тип блока:	отсевной блок
Размер (мм):	190х190х390
Вес (кг):	23 кг
Состав:	дробленный отсев, цемент
Описание:	отсевной блок изготовлен методом сухого вибропрессования. Имеет хорошие характеристики по прочности и теплопроводности, из-за своей структуры обеспечивает значительное улучшение прочности возводимых конструкций. Благодаря идеальной геометрии происходит значительная экономия раствора при кладке.

Данный калькулятор предоставляет возможность расчета количества продукции для строительства.

Итого:  

Регуляторы с малым падением напряжения | Analog Devices

В этой статье представлены основные топологии и предложено хорошее практическое использование для обеспечения стабильной работы стабилизаторов напряжения с малым падением напряжения (LDO). Мы также обсудим конструктивные характеристики семейств LDO от Analog Devices, которые предлагают гибкий подход к поддержанию динамической стабильности и стабильности по постоянному току.

Q : Что такое LDO и как они используются?

A : Регуляторы напряжения используются для обеспечения стабильного напряжения источника питания независимо от полного сопротивления нагрузки, изменений входного напряжения, температуры и времени.Стабилизаторы с малым падением напряжения отличаются своей способностью поддерживать регулирование с небольшой разницей между напряжением питания и напряжением нагрузки. Например, когда литий-ионный аккумулятор падает с 4,2 В (полностью заряженный) до 2,7 В (почти разряженный), LDO может поддерживать постоянное напряжение 2,5 В на нагрузке.

Растущее число портативных приложений, таким образом, побудило разработчиков рассматривать LDO для поддержания необходимого напряжения системы независимо от состояния заряда батареи. Но портативные системы — не единственный вид приложений, которым могут быть полезны LDO.Любое оборудование, которому требуется постоянное и стабильное напряжение, минимизирующее входное питание (или работающее с большими колебаниями в восходящем питании), является кандидатом для LDO. Типичные примеры включают схемы с цифровыми и ВЧ нагрузками.

«Линейный» последовательный стабилизатор напряжения (рис. 1) обычно состоит из опорного напряжения, средства масштабирования выходного напряжения и сравнения его с опорным, усилителя обратной связи и последовательного транзистора (биполярного или полевого транзистора), напряжение которого падение контролируется усилителем, чтобы поддерживать выход на требуемом значении.Если, например, ток нагрузки уменьшается, вызывая постепенное увеличение выходного сигнала, напряжение ошибки увеличивается, выход усилителя увеличивается, напряжение на проходном транзисторе увеличивается, а выходное значение возвращается к исходному значению.

Рисунок 1. Базовый режим улучшения PMOS LDO.

На рисунке 1 усилитель ошибки и транзистор PMOS образуют источник тока, управляемый напряжением. Выходное напряжение, В _OUT , уменьшается делителем напряжения ( R ₁ , R ₂ ) и сравнивается с опорным напряжением ( V _REF ).Выход усилителя ошибки управляет транзистором PMOS режима улучшения.

Падение напряжения — это разница между выходным напряжением и входным напряжением, при котором схема выходит из регулирования с дальнейшим снижением входного напряжения. Обычно считается, что это достигается, когда выходное напряжение падает до 100 мВ ниже номинального значения. Этот ключевой фактор, характеризующий регулятор, зависит от тока нагрузки и температуры перехода проходного транзистора.

Q : Как регуляторы различаются по падению напряжения?

A : Мы можем предложить три класса: стандартные регуляторы, квази-LDO и регуляторы с малым падением напряжения (LDO).

Стандартные регуляторы , в которых обычно используются транзисторы NPN pass, обычно выпадают при напряжении около 2 В.

Регуляторы Quasi-LDO обычно используют структуру Дарлингтона (рис. 2) для реализации проходного устройства, состоящего из транзистора NPN и PNP.Падение напряжения, V _SAT (PNP) + V _BE (NPN), обычно составляет около 1 В — больше, чем у LDO, но меньше, чем у стандартного регулятора.

Рисунок 2. Схема квази-LDO.

Регуляторы LDO обычно являются оптимальным выбором в зависимости от напряжения падения, обычно от 100 мВ до 200 мВ. Однако недостатком является то, что ток заземления LDO обычно выше, чем у квази-LDO или стандартного стабилизатора.

Стандартные регуляторы

имеют более высокое падение напряжения и рассеивание, а также более низкий КПД, чем другие типы.В большинстве случаев их можно заменить регуляторами LDO, но следует учитывать спецификацию максимального входного напряжения, которая может быть ниже, чем у стандартных регуляторов. Кроме того, некоторым LDO потребуется специально подобранные внешние конденсаторы для поддержания стабильности. Эти три типа несколько различаются как по полосе пропускания, так и по соображениям динамической стабильности.

Q : Как я могу выбрать лучший регулятор для моей области применения?

A : Чтобы выбрать правильный регулятор для конкретного применения, укажите тип и диапазон входного напряжения (например,g., необходимо учитывать выходное напряжение преобразователя постоянного тока или импульсного источника питания перед регулятором). Также важны: требуемое выходное напряжение, максимальный ток нагрузки, минимальное падение напряжения, ток покоя и рассеиваемая мощность. Часто могут быть полезны дополнительные функции, такие как вывод выключения или флаг ошибки, чтобы указать на потерю регулирования.

Необходимо учитывать источник входного напряжения, чтобы выбрать подходящую категорию LDO. В приложениях с батарейным питанием LDO должны поддерживать необходимое системное напряжение при разряде батареи.Если входное постоянное напряжение поступает от выпрямленного источника переменного тока, падение напряжения может не иметь критического значения, поэтому стандартный стабилизатор, который может быть дешевле и обеспечивать больший ток нагрузки, может быть лучшим выбором. Но LDO может быть правильным выбором, если требуется меньшее рассеивание мощности или более точное выходное напряжение.

Регулятор, конечно, должен обеспечивать достаточный ток нагрузки с заданной точностью в наихудших условиях.

Топологии LDO

На рисунке 1 проходным устройством является транзистор PMOS.Однако доступны различные пропускные устройства, и LDO можно классифицировать в зависимости от того, какой тип пропускного устройства используется. Их различная структура и характеристики обладают различными преимуществами и недостатками.

Примеры четырех типов проходных устройств показаны на рисунке 3, включая биполярные транзисторы NPN и PNP, схемы Дарлингтона и транзисторы PMOS.

Рисунок 3. Примеры проходных устройств.

При заданном напряжении питания биполярные проходные устройства могут обеспечивать максимальный выходной ток.PNP предпочтительнее NPN, потому что база PNP может быть заземлена, при необходимости полностью насыщая транзистор. Основание NPN можно подтянуть только до напряжения питания, ограничивая минимальное падение напряжения до одного В _BE . Следовательно, устройства пропускания NPN и Дарлингтона не могут обеспечить падение напряжения ниже 1 В. Однако они могут быть полезны там, где необходимы широкая полоса пропускания и устойчивость к емкостной нагрузке (благодаря их характерно низкому Z _OUT ).

Транзисторы

PMOS и PNP могут эффективно насыщаться, сводя к минимуму потери напряжения и мощность, рассеиваемую проходным устройством, что позволяет использовать стабилизаторы напряжения с низким падением напряжения и высоким КПД. Устройства пропускания PMOS могут обеспечить минимально возможное падение напряжения, примерно R _DS ( _ON ) × I _L . Они также позволяют минимизировать ток покоя. Основным недостатком является то, что МОП-транзистор часто является внешним компонентом, особенно для управления большими токами, что делает IC контроллером , а не полностью автономным регулятором.

Потери мощности в полном регуляторе

P _D = ( V _IN — V _OUT ) I _L + V _IN I _GND

Первой частью этого отношения является рассеяние пропускного устройства; вторая часть — это потребляемая мощность контроллера части схемы. Ток заземления в некоторых регуляторах, особенно в тех, которые используют насыщаемые биполярные транзисторы в качестве проходных устройств, может достигать пика во время включения питания.

Q : Как можно обеспечить динамическую стабильность LDO?

A : У классических схем LDO общего назначения есть проблемы со стабильностью. Трудности проистекают из природы их цепей обратной связи, широкого диапазона возможных нагрузок, изменчивости элементов в контуре и сложности получения прецизионных компенсирующих устройств с постоянными параметрами. Эти соображения будут рассмотрены ниже, после чего дается описание топологии схемы anyCAP ^® , которая имеет улучшенную стабильность.

LDO

обычно используют контур обратной связи для обеспечения постоянного напряжения на выходе независимо от нагрузки. Как и в случае любого контура обратной связи с высоким коэффициентом усиления, положение полюсов и нулей в передаточной функции контура усиления будет определять стабильность.

Регуляторы

на основе NPN с их выходом с низким импедансом, нагруженным эмиттером, обычно относительно нечувствительны к выходной емкостной нагрузке. Однако регуляторы PNP и PMOS имеют более высокое выходное сопротивление (коллектор нагружен в случае PNP).Кроме того, усиление и фазовые характеристики контура сильно зависят от импеданса нагрузки, что требует особого внимания к стабильности.

Передаточная функция LDO на основе PNP и PMOS имеет несколько полюсов, влияющих на стабильность:

• Доминирующий полюс (P0 на рисунке 4) устанавливается усилителем ошибки; он управляется и фиксируется вместе с усилителем g _m через внутреннюю компенсационную емкость C _COMP .Этот полюс является общим для всех описанных выше топологий LDO.
• Второй полюс (P1) задается выходными элементами (комбинация выходной емкости, емкости и сопротивления нагрузки). Это затрудняет решение проблемы приложения, поскольку эти элементы влияют как на усиление контура, так и на пропускную способность.
• Третий полюс (P2) возникает из-за паразитной емкости вокруг проходных элементов. Силовые транзисторы PNP имеют частоту единичного усиления ( f _T ), намного меньшую, чем у сопоставимых транзисторов NPN при тех же условиях.

Рис. 4. Амплитудно-частотная характеристика LDO.

Как показано на Рисунке 4, каждый полюс дает 20 дБ / декаду спада усиления с фазовым сдвигом до 90 °. Поскольку описанные здесь LDO-стабилизаторы имеют несколько полюсов, линейный регулятор будет нестабильным, если фазовый сдвиг на частоте с единичным усилением приближается к –180 °. На рисунке 4 также показан эффект загрузки регулятора конденсатором, эффективное последовательное сопротивление которого (ESR) добавит ноль ( Z _ESR ) в передаточную функцию.Этот ноль поможет компенсировать один из полюсов и может помочь стабилизировать контур, если он возникает ниже частоты единичного усиления и удерживает фазовый сдвиг значительно ниже –180 ° на этой частоте.

ESR может иметь решающее значение для стабильности, особенно для LDO с устройствами с вертикальным проходом PNP. Однако, как паразитное свойство конденсатора, ESR не всегда хорошо контролируется. Схема может потребовать, чтобы ESR попадал в определенное окно, чтобы гарантировать, что LDO работает в стабильной области для всех выходных токов (рисунок 5).

Рис. 5. Стабильность как функция выходного тока и ESR нагрузочного конденсатора.

Даже в принципе, выбор правильного конденсатора с правильным ESR (достаточно высоким, чтобы уменьшить наклон до того, как частотная характеристика пересечет 0 дБ, но достаточно низким, чтобы довести усиление ниже 0 дБ до соответствующего полюса, P2 ) может быть испытывающий. Однако практические соображения создают дополнительные проблемы: СОЭ варьируется в зависимости от марки; а минимальное значение емкости для использования в производстве потребует стендовых испытаний, включая экстремальные случаи с минимальной температурой окружающей среды и максимальной нагрузкой.Также важен выбор типа конденсатора. Возможно, наиболее подходящими являются танталовые конденсаторы, несмотря на их большой размер в диапазонах более высоких емкостей. Алюминиевые электролиты компактны, но их СОЭ имеет тенденцию к ухудшению при низких температурах, и они плохо работают при температурах ниже –30 ° C. Многослойные керамические типы не обладают достаточной емкостью для обычных LDO (но они подходят для любых конструкций конденсаторов, читайте дальше).

Семейство LDO-устройств Analog Devices anyCAP

Реализация LDO теперь значительно упростилась благодаря улучшениям в характеристиках постоянного и переменного тока, связанных с регуляторами, использующими архитектуру Analog Devices anyCAP LDO.Как следует из этого термина, регуляторы, воплощающие его, относительно нечувствительны как к размеру конденсатора, так и к его ESR, что позволяет использовать более широкий диапазон выходной емкости. Подход распространился и теперь более широко доступен на рынке, но может быть полезно понять, как эта архитектура (рисунок 6) упрощает проблему стабильности.

Рисунок 6. Упрощенная схема anyCAP LDO.

Семейство LDO anyCAP, включая ADP3307 на 100 мА и ADP3331 с низким током покоя 200 мА, может оставаться стабильным при выходной емкости всего 0.47 мкФ, используя качественные конденсаторы любого типа, в том числе компактные многослойные керамические. СОЭ по сути не является проблемой.

На упрощенной схеме на Рисунке 6 показано, как один контур обеспечивает функции регулирования и задания. Выходной сигнал воспринимается внешним делителем напряжения R1-R2 и возвращается на вход усилителя с высоким коэффициентом усиления через диод D1 и делитель R3-R4. В состоянии равновесия усилитель вырабатывает большое, повторяемое, хорошо контролируемое напряжение смещения, которое составляет , пропорциональное абсолютной температуре (PTAT).Это напряжение в сочетании с дополнительным падением напряжения на термочувствительном диоде образует неявное опорное напряжение, не зависящее от температуры виртуальное напряжение запрещенной зоны.

Выход усилителя подключается к необычному неинвертирующему драйверу, который управляет проходным транзистором, позволяя частотной компенсации включать нагрузочный конденсатор в схему разделения полюсов на основе компенсации Миллера. Это снижает чувствительность к значению, типу и ESR нагрузочного конденсатора. Дополнительные преимущества схемы с разделением полюсов включают превосходное подавление линейного шума и очень высокий коэффициент усиления регулятора, что обеспечивает исключительную точность и отличное регулирование линии и нагрузки.

Q : Не могли бы вы обсудить семейства LDO от Analog Devices?

A : Выбор LDO зависит, конечно, от диапазона напряжения питания, напряжения нагрузки и требуемого максимального напряжения падения. Основные различия между устройствами заключаются в энергопотреблении, эффективности, цене, простоте использования, а также в различных технических характеристиках и доступных упаковках.

Популярное семейство ADP33xx anyCAP LDO ADI присутствует на рынке уже несколько лет.Основанный на процессе BiCMOS и проходном транзисторе PNP, он обеспечивает хорошее регулирование и многие из упомянутых выше преимуществ, но, как правило, несколько дороже, чем компоненты CMOS.

Некоторые недавние разработки, такие как семейство ADP17xx, полностью основаны на КМОП, с проходным транзистором PMOS, что позволяет изготавливать LDO с меньшими затратами, но с компромиссом в отношении характеристик линейного регулирования. Устройства этого семейства могут работать с большим диапазоном выходной емкости, но им все равно требуется не менее 1 мкФ и ESR ≤500 МОм.Например, ADP1710 и ADP1711 с током 150 мА оптимизированы для стабильной работы с небольшими керамическими выходными конденсаторами 1 мкФ, что обеспечивает хорошие переходные характеристики при минимальном пространстве на плате, а ADP1712, ADP1713 и ADP1714 с током 300 мА могут использовать ≥2,2 Конденсаторы -мкФ.

Оба этих семейства имеют 16 вариантов фиксированного выходного напряжения от 0,75 В до 3,3 В, а также вариант регулируемого выходного напряжения в диапазоне 0,8–5 В. Точность составляет ± 2% по линии, нагрузке и температуре. Версии ADP1711 и ADP1713 с фиксированным напряжением позволяют подключать опорный конденсатор; это снижает шум выходного напряжения и улучшает отклонение от источника питания.ADP1714 включает функцию отслеживания, которая позволяет выходному сигналу следовать внешней шине напряжения или опорному сигналу. Падение напряжения при номинальной нагрузке составляет 150 мВ для ADP1710 и ADP1711; и 170 мВ для ADP1712, ADP1713 и ADP1714. Подавление источника питания (PSR) высокое (69 дБ и 72 дБ при 1 кГц), а энергопотребление низкое, с током заземления 40 мкА и 75 мкА при нагрузке 100 мкА.

Типичные переходные характеристики ADP1710 и ADP1711 сравниваются на рисунке 7 для шага почти полной нагрузки с входными и выходными конденсаторами 1 мкФ и 22 мкФ.

Рисунок 7. Переходный отклик ADP1710 / ADP1711.

Диапазон рабочих температур перехода от –40 ° C до + 125 ° C. Оба семейства доступны в крошечных 5-выводных корпусах TSOT, компактное решение для различных потребностей в питании.

Регулятор с малым падением напряжения (LDO)

В этом руководстве мы узнаем об одной из важных концепций для любого разработчика оборудования / системы: стабилизатор с малым падением напряжения или LDO. Мы увидим, что такое LDO, поймем, как работает стабилизатор с малым падением напряжения, важные характеристики LDO, а также несколько параметров.

Введение

Размеры современных электронных устройств постоянно уменьшаются. Но показатели эффективности аккумуляторов сильно меняются, что является фактором, расширяющим пределы возможностей систем управления питанием.

Технические достижения в производстве полупроводников привели к созданию архитектуры SoC или системы на кристалле, в которой аналоговая, цифровая и ВЧ подсистемы интегрированы в один кремниевый кристалл. Это означает, что разные блоки системы имеют разные требования к источнику питания.

Система управления питанием (PMIC) содержит несколько цепей питания, таких как импульсный стабилизатор, преобразователь постоянного тока в постоянный, линейный регулятор напряжения и LDO. В этом руководстве мы сконцентрируемся на LDO.

Считать ВИДЫ РЕГУЛЯТОРОВ НАПРЯЖЕНИЯ

Что такое LDO?

Регулятор с малым падением напряжения или просто стабилизатор LDO является важной частью системы управления питанием, особенно в устройствах с батарейным питанием. LDO-стабилизаторы могут обеспечивать несколько уровней напряжения с постоянным и стабильным выходом.Выходное напряжение LDO не зависит от импеданса нагрузки, изменений входных напряжений (разряд батареи) и температуры.

Регулятор LDO или стабилизатор с малым падением напряжения — это тип линейного регулятора напряжения, который может работать при очень низкой разности потенциалов между входом и выходом. Например, типичный литий-ионный аккумулятор имеет диапазон от 4,2 В при полностью заряженном состоянии до 2,7 В при полностью разряженном состоянии. Даже когда напряжение батареи ниже 3 В, LDO может поддерживать желаемое значение 2.5 В на выходе.

Краткое описание линейных регуляторов напряжения

Возможно, вы видели / использовали несколько ИС линейных регуляторов напряжения в своей схеме. Если вы новичок или любитель электроники, то вы должны были встретить знаменитую серию регуляторов напряжения 78XX, например, 7805 или 7812. Это примеры линейных регуляторов напряжения.

Линейный регулятор напряжения — это устройство или схема с переменным входным напряжением и постоянным, непрерывно контролируемым малошумящим выходным напряжением постоянного тока.Постоянное выходное напряжение регулятора напряжения является результатом непрерывной регулировки его внутреннего сопротивления с учетом изменений сопротивления нагрузки.

Выходное напряжение этого простого регулятора постоянного напряжения определяется следующим уравнением:

Если какая-либо нагрузка отсутствует, т.е. R _{НАГРУЗКА} = ∞, выходное напряжение является максимальным и равно входному на регулятор напряжения. При наличии нагрузки выходное напряжение будет меньше максимально возможного значения.Разница между максимальным выходным напряжением и выходным напряжением с нагрузкой называется ошибкой выходного напряжения, представленной E _VO .

Эта ошибка обычно представлена ​​как процентная разница между максимальным выходным напряжением и выходным напряжением с нагрузкой.

Что касается входного сопротивления и сопротивления нагрузки, процент ошибки определяется как:

Нам нужно минимизировать эту ошибку, и для этого нам необходимо ввести обратную связь. Схема обратной связи будет определять изменения, происходящие в нагрузке, и регулирует переменное внутреннее сопротивление так, чтобы отношение внутреннего сопротивления к сопротивлению нагрузки оставалось постоянным.

Исходя из сделанного выше предположения, мы можем сказать, что внутреннее сопротивление линейно следует за сопротивлением нагрузки.

Что такое стабилизатор с малым падением напряжения

Мы можем разделить линейные регуляторы напряжения на два типа: стандартные или базовые регуляторы напряжения и регуляторы с малым падением напряжения. Основное различие между ними — это величина падения напряжения и тип используемого проходного элемента.

Падение напряжения, также известное как величина запаса, представляет собой минимальное напряжение на регуляторе для правильного регулирования.Выходное напряжение равно разнице между входным напряжением и падением напряжения на проходном элементе.

В случае стандартных линейных регуляторов проходным элементом является пара Дарлингтона NPN или PNP. Их заменили полевые МОП-транзисторы в современном дизайне.

Что касается регуляторов с малым падением напряжения, падение напряжения на проходном элементе обычно очень мало, чтобы регулятор мог правильно регулировать входное напряжение.

На следующем изображении показана классическая компоновка стабилизатора напряжения с малым падением напряжения.Он состоит из проходного элемента, усилителя ошибки и резисторной цепи обратной связи.

Сеть резистивной обратной связи, состоящая из делителя напряжения, будет обеспечивать масштабированное выходное напряжение, равное опорному напряжению. Усилитель ошибки постоянно сравнивает опорное напряжение и напряжение обратной связи (обеспечиваемое делителем напряжения).

Затем он усиливает разницу, и выход будет управлять проходным элементом (MOSFET), чтобы поддерживать выходное напряжение на желаемом уровне.

Элементы регулятора LDO

Не будем подробно останавливаться на всех элементах регулятора с малым падением напряжения.

Опорное напряжение

Это отправная точка любого регулятора, поскольку он устанавливает рабочую точку усилителя ошибки. Обычно используется источник опорного напряжения с запрещенной зоной, поскольку он позволяет работать при низких напряжениях питания.

Усилитель ошибки

Основным требованием к конструкции усилителя ошибки является то, чтобы он потреблял минимально возможный ток.Выходное сопротивление усилителя должно быть как можно меньшим, поскольку емкость затвора проходного транзистора будет большой.

Выходное напряжение, уменьшенное сетью делителя напряжения, является одним входом усилителя ошибки, а другой вход является опорным напряжением. После сравнения усилитель ошибки регулирует сопротивление проходного элемента.

Обратная связь

Обратная связь резистивного делителя напряжения отвечает за уменьшение выходного напряжения и позволяет сравнивать его с опорным напряжением усилителем ошибки.

Элемент прохода

Элемент прохода в LDO отвечает за передачу тока от входа к нагрузке и управляется усилителем ошибки в контуре обратной связи. МОП-транзисторы (как PMOS, так и NMOS) обычно используются в качестве проходных элементов.

На следующем изображении показан типичный макет LDO с проходным элементом PMOS.

V _GS проходного элемента PMOS привязан к V _dd . Минимальное напряжение, необходимое PMOS-транзистору, чтобы оставаться в состоянии насыщения и должным образом регулироваться, определяется минимальным напряжением стока-истока V _ds .Элемент прохода PMOS не подходит для приложений с очень низким напряжением.

NMOS Pass Element на основе LDO показан на следующем изображении. Преимущество NMOS состоит в том, что он имеет конфигурацию повторителя истока, а выход регулятора находится на истоке транзистора.

Схема, использующая транзистор NMOS, обычно большая и сложная, но можно добиться низкого входного, выходного и падающего напряжения.

Выходной конденсатор

Выходной конденсатор является важным компонентом стабилизатора LDO, поскольку он обеспечивает немедленную подачу тока на нагрузку во время переходных процессов нагрузки, пока не будет готов усилитель ошибки.

ESR или эквивалентное последовательное сопротивление конденсатора очень важно, поскольку оно ограничивает ток, протекающий от конденсатора к нагрузке. Следовательно, для конденсатора 1 мкФ с ESR в диапазоне от 10 мОм до 300 мОм возможные типы конденсаторов следующие:

• Керамические конденсаторы
• Полимерные электролитические конденсаторы
• Танталовые конденсаторы с низким ESR

Параметры LDO

Теперь позвольте нам взгляните на некоторые важные параметры устойчивого состояния и переходных процессов регулятора напряжения с малым падением напряжения.

Падение напряжения

Разница между входным и выходным напряжениями регулятора называется падением напряжения регулятора. Если входное напряжение приближается к выходному, регулятор перестает работать регулятором.

Ток покоя

Разница между входным и выходным токами называется током покоя или током заземления. В системах с низким энергопотреблением низкий ток покоя приведет к максимальной эффективности.

КПД

КПД регулятора LDO зависит от тока покоя и входного и выходного напряжения.Эффективность определяется по формуле:

За счет сведения к минимуму падения напряжения, а также тока покоя эффективность LDO может быть увеличена.

Переходная характеристика

Это максимальное изменение выходного напряжения для скачка тока нагрузки или скачка входного напряжения. Переходная характеристика — это функция выходного конденсатора с его ESR (эквивалентное последовательное сопротивление).

Регулировка линии

Регулировка линии — это способность регулятора поддерживать желаемое выходное напряжение при изменении входного напряжения.

Регулировка нагрузки

Если потребность в токе нагрузки увеличивается, то выходной конденсатор отвечает за подачу тока. В результате выходное напряжение изменяется, что воспринимается цепью обратной связи.

Чтобы компенсировать это, усилитель ошибки пропускает больший ток через проходной транзистор. Регулировка нагрузки — это способность регулятора поддерживать желаемое выходное напряжение, несмотря на изменяющиеся токи нагрузки.

Включение выпадающих в анализ последовательностей РНК одиночных клеток

Алгоритм кластеризации совместной встречаемости

Чтобы идентифицировать популяции клеток на основе модели выпадения, мы разработали алгоритм кластеризации совместной встречаемости.Блок-схема алгоритма показана на рис. 1. Алгоритм работает по принципу иерархического разделения и итеративно выполняет идентификацию генного пути и обнаружение типа клеток. Отправной точкой алгоритма является корневой узел на вершине иерархического дерева, который содержит все ячейки данных. Сначала алгоритм вычисляет статистическую меру совместной встречаемости между каждой парой генов, которая определяет, имеют ли два гена тенденцию к совместному обнаружению в общем подмножестве клеток. Меры совместной встречаемости фильтруются и корректируются с помощью индекса Жаккара ³⁴ , который определяет взвешенный граф ген-ген.Граф ген-ген делится на кластеры генов с использованием определения сообщества (например, алгоритм Лувена ³⁵ ). Полученные в результате кластеры генов содержат гены, которые часто встречаются во всех клетках, и могут служить сигнатурами пути, разделяющими основные группы типов клеток в гетерогенной популяции. Для каждого вычислительного кластера / пути генов вычисляется процент обнаруженных генов для каждой клетки. Эти проценты формируют низкоразмерное представление клеток в пространстве активности пути, где каждое измерение описывает активность одного пути гена в клетках.Затем алгоритм строит граф ячейка-ячейка с использованием евклидовых расстояний на основе низкоразмерного представления активности пути, использует индекс Жаккара для фильтрации графа ячейка-ячейка и снова применяет обнаружение сообщества для разделения графа ячейка-ячейка на кластеры ячеек. Для каждой пары кластеров клеток используются три показателя (отношение сигнал / шум, средняя разница и среднее отношение), чтобы оценить, проявляет ли какой-либо из генных путей различную активность. Если ни один из генных путей не проявляет дифференциальной активности между двумя кластерами клеток, эти два кластера клеток объединяются.После слияния кластеров клеток в соответствии с активностями пути каждая пара полученных кластеров клеток имеет по крайней мере один путь гена, который показывает большую разницу между двумя кластерами клеток. Эти кластеры ячеек образуют дочерние узлы корневого узла и, как ожидается, улавливают основные группы фенотипов клеток в данных. В последующих итерациях каждый результирующий кластер клеток (дочерний узел корневого узла) далее разделяется с использованием того же процесса, который определяет меньшие подтипы в каждой основной группе фенотипов клеток.Эти подтипы образуют дочерние узлы нижнего уровня дальше по иерархическому дереву, которые исследуются на более поздних итерациях алгоритма. Далее узел не разделяется, если на этапе обнаружения сообщества создается только один кластер клеток или все кластеры клеток, полученные на этапе обнаружения сообщества, объединяются в соответствии с критериями дифференциальной активности генного пути. Такой узел становится листом процесса иерархической кластеризации и сообщается как один тип ячейки, идентифицированный алгоритмом. Следовательно, критерии слияния определяют завершение итераций и определяют окончательное количество кластеров, идентифицированных алгоритмом.

Рис. 1: Блок-схема совместной кластеризации.

Алгоритм кластеризации совместной встречаемости представляет собой разделяющий иерархический процесс, который итеративно идентифицирует генные пути на основе бинарных паттернов выпадения и кластеров клеток на основе генных путей.

Шаблон выпадения идентифицирует основные типы клеток в PBMC

Чтобы продемонстрировать полезность выпадения и кластеризации совместной встречаемости, мы исследовали набор данных scRNA-seq мононуклеарных клеток периферической крови (PBMC), свободно доступный от 10X Genomics.Этот набор данных содержит данные подсчета scRNA-seq для 32 738 генов в 2700 отдельных клетках, которые были секвенированы на Illumina NextSeq 500. 97,41% матрицы подсчета были нулями. Первая итерация проверила корневой кластер 0, содержащий все 2700 ячеек. Алгоритм построил граф ген-ген на основе совместной встречаемости в бинарном паттерне отсева и применил обнаружение сообщества для идентификации четырех путей генов, обозначенных правой верхней тепловой картой на рис. 2a. Каждый путь содержал гены, которые были значительно совместно обнаружены, как показано на тепловой карте слева вверху на рис.2а. Для каждого пути гена процент обнаруженных генов использовался для представления обнаруженной активности пути в отдельных клетках, что показано на нижней тепловой карте на рис. 2а. На основе графа ячейка-ячейка, построенного с помощью евклидова расстояния представления активности пути, обнаружение сообщества дало пятнадцать кластеров клеток, которые впоследствии были объединены в кластеры из четырех ячеек в соответствии с порогами слияния 1,5, 0,5, 2 для отношения сигнал-шум. соотношение, средняя разница и среднее соотношение активности путей между каждой парой кластеров клеток (см. подробности в разделе «Методы»).Эти пороговые значения были выбраны, чтобы гарантировать, что все результирующие кластеры ячеек будут демонстрировать различные модели отсева, и для всех наборов данных, рассмотренных в этой статье, использовались одни и те же значения. Тепловая карта в верхнем левом углу на рис. 2a показывает бинарный паттерн выпадения генов на путях во всех индивидуальных клетках, где строки и столбцы были расположены по путям генов и кластерам клеток, идентифицированным алгоритмом. Было очевидно, что отдельные кластеры клеток можно определить по бинарному шаблону выпадения идентифицированных путей, как из тепловой карты самих бинаризованных данных, так и из тепловой карты пространства активности пути.В последующих итерациях кластеры из четырех ячеек были отдельно исследованы с помощью того же алгоритма. Кластеры клеток 1, 2 и 3 были дополнительно разделены на более мелкие кластеры, как показано на рис. 2b – d. Кластер 4 не был разделен, потому что алгоритм не идентифицировал какой-либо генный путь с генами, которые проявляли значительную совместную встречаемость. Двигаясь вниз по иерархическому процессу итерационного алгоритма, среди кластеров ячеек 5 ~ 10 только кластеры 5 и 10 были дополнительно разделены, как показано на рис. 2e – f. Остальные не были разделены из-за отсутствия генных путей, идентифицированных в графе ген-ген, отсутствия кластеров клеток, идентифицированных в графе клетка-клетка, или отсутствия кластеров клеток, которые демонстрируют активность дифференциальных путей, превышающую пороговые значения на этапе слияния.Подробности итеративного процесса были предоставлены в дополнительном примечании 1. В целом, кластеризация по совместному появлению модели выпадения выявила в общей сложности 13 генных путей, которые определили 9 кластеров клеток в этом наборе данных PBMC.

Рис. 2: Кластеризация по совпадению, примененная к паттерну выпадения в данных PBMC.

a — g Пути генов и кластеры клеток, идентифицированные на каждой итерации алгоритма кластеризации совместной встречаемости. h Сравнение кластеров совместной встречаемости и кластеров Сёра в этом наборе данных. i Практические занятия и расширенные термины GO. Обогащение оценивается с помощью одностороннего гипергеометрического теста на перекрытие между идентифицированными путями и наборами генов GO, предоставленными MSigDB. Сообщенные значения p не скорректированы. j , k Классификация случайного леса и 5-кратная перекрестная проверка кластеров совместной встречаемости на основе активности путей и сильно изменчивых генов.

Этот набор данных был ранее проанализирован с помощью Seurat, который идентифицировал 8 кластеров клеток с использованием определения сообщества, основанного на анализе основных компонентов данных экспрессии сильно изменчивых генов ⁶ .Результаты кластеризации между кластеризацией по совпадению и Сёра были очень похожими, с индексом Рэнда 0,85. Подробное сравнение двух результатов кластеризации было визуализировано на тепловой карте на рис. 2g. Каждый столбец тепловой карты был окрашен в соответствии с процентами перекрытия между одним кластером совместной встречаемости и кластерами Сёра, показывая, что большая часть кластеров совместной встречаемости была в основном обогащена одним кластером Сёра. Шесть кластеров Сёра (дендритные клетки, CD4 T-клетки, CD8 T-клетки, NK-клетки, FCGR3A + моноциты) были захвачены отдельными кластерами совместной встречаемости (7, 14, 13, 9, 11).Совместная кластеризация не охватывала кластер тромбоцитов Сёра. Два кластера Сёра (В-клетки и CD14 + моноциты) были разделены на подтипы. В целом, большинство кластеров Сёра были хорошо разделены в результатах кластеризации по совместной встречаемости. В этом сравнении количество генов с высокой степенью вариабельности, определенных Сёра, составляло 1838, а генные пути, идентифицированные с помощью кластеризации совместного появления, содержали в общей сложности 1583 гена. Совпадение составило всего 376. Многие гены с высокой степенью вариабельности не были включены в генные пути совместной встречаемости, главным образом потому, что кластеризация совместной встречаемости работала с бинарным шаблоном исключения.Следовательно, кластеризация по совместному возникновению и идентифицированные генные пути в основном управлялись генами, профили экспрессии которых не были сильно изменчивыми. Хотя эти два алгоритма были основаны на разных наборах генов и разных типах сигналов, общее согласие между двумя результатами кластеризации было поразительным и предполагало, что весь бинарный образец выпадения транскриптома был столь же информативным, как и количественное выражение сильно изменчивых генов для цель определения типов клеток.

Генные пути и их активность позволили интерпретировать идентифицированные клеточные фенотипы с точки зрения генов, которые не сильно изменяются. На рисунке 2h показаны активности пяти идентифицированных генных путей в отдельных клетках, сгруппированных в соответствии с кластерами сосуществующих клеток, а также термины обогащенной генной онтологии (GO) для этих путей. Обогащенные термины GO соответствовали известной биологии различных типов клеток. Например, белковый комплекс MHC и связывание антигена были обогащены В-клетками и дендритными клетками.Эндоцитоз и подвижность клеток были высокими в дендритных клетках и моноцитах. Мы применили случайный лес для классификации кластеров совместной встречаемости на основе активности путей совместного появления генов и экспрессии генов с высокой степенью вариабельности. Отличные характеристики классификации на рис. 2i показали, что кластеры совместной встречаемости демонстрируют различные активности пути, которые легко классифицируются. На рисунке 2j показано, что два кластера В-клеток (8 и 4) и два кластера моноцитов CD14 + (12 и 6) не могут быть разделены в соответствии с экспрессией сильно изменчивых генов.Анализ случайного леса, основанный на двух вмененных версиях данных, созданных MAGIC ²⁷ и scImpute ²⁹ , показал почти одинаковые результаты (дополнительный рис. 1a, b), поскольку алгоритмы вменения полагались на PCA для уменьшения размерности, где верхний основные компоненты в первую очередь управлялись сильно изменчивыми генами. Эти результаты подтвердили, что подходы, основанные на сильно вариабельных генах, не смогли разделить два кластера В-клеток и два кластера моноцитов CD14 +, идентифицированные с помощью кластеризации совместной встречаемости.Два кластера В-клеток (8 и 4) содержали 320 и 26 клеток соответственно. Относительно меньший кластер B-клеток (кластер 4) имел более низкое количество UMI по сравнению с другим кластером B-клеток (дополнительный рисунок 1c), что приводило к более низким показателям обнаружения генов (дополнительный рисунок 1d) и более низкой активности путей в совместной встречаемости. анализ (рис. 2h). Однако, основываясь на необработанных подсчетах экспрессии перед бинаризацией, профили средней экспрессии двух кластеров В-клеток показали тесную корреляцию (дополнительный рис.1e, f), особенно после того, как счетчики UMI были нормализованы до размера библиотеки и преобразованы в журнал. Наблюдения для двух кластеров моноцитов CD14 + (12 и 6) были почти такими же, как и для двух кластеров B-клеток (дополнительный рис. 1g – i). Это было дополнительно подтверждено исследованием необработанных количеств экспрессии генов с высокой экспрессией во всех типах клеток и генов с высокой экспрессией, специфичных для В-клеток и моноцитов (дополнительный рис. 1j). Наиболее высоко экспрессируемые гены во всех типах клеток были в первую очередь связаны с рибосомными белками, и их обнаруженные уровни экспрессии были ниже в кластерах 4 и 6, что согласуется с тем фактом, что клетки в этих двух кластерах имели относительно более низкие UMI.Что касается верхних генов, специфичных для В-клеток и моноцитов (таких как CD79A, CD79B, MS4A1, CD14 и LYZ ), уровни экспрессии в кластерах 4 и 6 были на одном уровне с уровнями в кластерах 8 и 12, которые содержали большинство В-клеток и моноцитов (дополнительный рис. 1j). Учитывая обнаруженные уровни экспрессии генов, специфичных для определенного типа клеток, клетки в кластерах 4 и 6, скорее всего, были биологически значимыми, а не клетками низкого качества. Интересно, что такие кластеры клеток с низким UMI, но высокой экспрессией генов, специфичных для определенного типа клеток, наблюдались только в B-клетках и моноцитах.

Образец выпадения кластеров клеток в префронтальной коре человека

Чтобы продемонстрировать универсальность выпадения как полезного сигнала, мы дополнительно исследовали набор данных scRNA-seq развивающейся префронтальной коры эмбриона человека на 8–26 неделях гестации ³⁶ . Данные были получены с помощью технологии SMART-seq2, которая обеспечила измерения экспрессии 24 153 генов в 2394 отдельных клетках, а процент выбывания составил 82%. Этот набор данных ранее был проанализирован комбинацией tSNE и Seurat, которая определила шесть основных кластеров: нейронные клетки-предшественники (NPC), возбуждающие нейроны, интернейроны, клетки-предшественники олигодендроцитов (OPC), астроциты и микроглии ³⁶ .При применении к бинарному шаблону отсева в этом наборе данных алгоритм кластеризации совместной встречаемости прошел 23 итерации, которые идентифицировали значимые пути генов и кластеры клеток, и в конечном итоге произвел в общей сложности 38 кластеров клеток. Визуализации всех индивидуальных итераций совместной кластеризации были доступны в дополнительном примечании 2, которое показало, что все идентифицированные генные пути и клеточные кластеры демонстрируют визуально разительные различия в их паттернах выпадения. На рис. 3а показано, что результаты кластеризации кластеров совместной встречаемости и Сера очень согласованы, и каждый кластер Серуата был захвачен одним или несколькими кластерами совместной встречаемости.Рисунок 3b показал, что кластеры совместной встречаемости также соответствовали моментам времени развития, когда клетки были собраны. Кластеры NPC присутствовали на 9, 10 и 16 неделях гестации. Кластеры возбуждающих нейронов существовали на всех отобранных неделях гестации. Все кластеры интернейронов, OPCs, астроцитов и микроглии появились позже на 26 неделе гестации. Это согласуется с известной литературой о том, что в нормальном процессе развития NSC сначала дают начало нейронам, а позже глиальным клеткам ^37,38 .

Рис. 3: Кластеризация по совпадению, примененная к модели отсева в данных префронтальной коры головного мозга человека.

a Сравнение кластеров совместной встречаемости и множественных кластеров. Каждый столбец был раскрашен процентным соотношением ячеек в одном кластере совместной встречаемости, которые принадлежали каждому из экспериментально определенного типа ячеек. b Сравнение кластеров совместной встречаемости и кластеров, определяемых моментами времени развития, когда клетки были собраны. c Программы подготовки и расширенные термины GO.Обогащение оценивается с помощью одностороннего гипергеометрического теста на перекрытие между идентифицированными путями и наборами генов GO, предоставленными MSigDB. Сообщенные значения p не скорректированы. d , e Классификация случайных лесов и 5-кратная перекрестная проверка кластеров совместной встречаемости на основе активности путей и сильно изменчивых генов.

Кластеризация по совместной встречаемости определила восемь кластеров (30, 29, 60, 59, 46, 23, 37 и 24), соответствующих NPC. Как показано на рис.3c, эти восемь кластеров совместной встречаемости проявляли различные активности пути в соответствии с шестью путями генов совместной встречаемости, которые были обогащены терминами GO, включая синапс, нейрогенез, дифференцировку нейронов, клеточный цикл и т. Д. с 5-кратной перекрестной проверкой удалось классифицировать эти восемь субпопуляций NPC с точностью 92,3%, показанной на рис. 3d, подтверждая, что эти кластеры совместной встречаемости демонстрировали отчетливые модели отсева. Однако рис. 3e показывает, что случайный лес, основанный на количественных данных экспрессии сильно изменчивых генов, достигает точности только 79.8%, и не смог классифицировать две редкие субпопуляции NPC (кластеры 23 и 46), содержащие по дюжине клеток каждая. Случайный лес, основанный на двух вмененных версиях данных, смог в некоторой степени повысить точность классификации для кластера 23, но не смог классифицировать кластер 46 (дополнительный рис. 2a, b). Как показано на рис. 3b, c, большинство клеток в этих двух редких кластерах NPC принадлежало к 10 неделе беременности и демонстрировало более высокий уровень активности пути совместного возникновения гена, обогащенного внеклеточным пространством и миелиновой оболочкой.Основываясь на необработанных подсчетах (дополнительный рис. 2c, d), эти два редких кластера NPC имеют схожее общее количество UMI по сравнению с другими кластерами клеток и показали повышенную экспрессию PRG2 (также известного как MBP , основной белок миелина) и MAG (миелин-ассоциированный гликопротеин), оба связаны с миелинизацией и дифференцировкой олигодендроцитов ³⁹ . Хотя OPC не появлялись до 26 недели гестации, как показано на рис. 3b, два редких кластера NPC выявили субпопуляции NPC, которые начали дифференцироваться в сторону более олигодендрогенной судьбы ⁴⁰ на более ранней неделе гестации при сохранении своей трипотентности.

Шаблон выпадения очерчивает типы тканей в Tabula Muris

Чтобы дополнительно продемонстрировать общность и масштабируемость, кластеризация по совместному появлению была применена к шаблонам выпадения в недавно опубликованном сборнике тканей мыши, Tabula Muris ⁴¹ , который содержал scRNA- seq данные для около 120000 клеток из 20 органов и типов тканей мыши, включая кожу, жир, молочную железу, сердце, мочевой пузырь, мозг, тимус, селезенку, почки, мышцы конечностей, язык, костный мозг, трахею, поджелудочную железу, легкие, толстую кишку. , и печень.Многие из этих органов были обработаны с использованием двух технологий: SMART-seq2 на FACS-отсортированных клетках и 10X Genomics на микрофлюидных каплях. Набор данных SMART-seq2, отсортированный по FACS, содержал данные подсчета для 23 433 генов в 53 760 клетках, с общим показателем отсева 89%. Набор данных 10X на основе капель содержал данные подсчета 70 118 клеток для тех же 23 433 генов с общим показателем отсева 93%. Табула Мурис позволила оценить закономерности отсева и кластеризацию совместной встречаемости на наборах данных с аналогичной базовой гетерогенностью, но профилированных двумя разными технологиями scRNA-seq.

Шаблоны выпадения набора данных на основе капель и набора данных на основе FACS были проанализированы с помощью кластеризации совместной встречаемости отдельно. В обоих наборах данных совместная кластеризация выявила примерно 100 кластеров ячеек. Все генные пути и кластеры клеток, идентифицированные в каждой итерации совместного появления, демонстрировали отчетливые паттерны отсева, которые были визуально очевидны, как показано на визуализации каждой итерации процессов кластеризации совместного возникновения в дополнительных примечаниях 3 и 4. Набор данных Tabula Muris предоставил ткань аннотации типов для каждой отдельной клетки, которые использовались для оценки того, смогли ли модели выпадения очертить различные типы тканей.Как показано на рис. 4a, b, совместная кластеризация моделей отсева успешно разделила типы тканей в обоих наборах данных и определила дополнительные субпопуляции во многих типах тканей. Этого также можно достичь с помощью кластерного анализа на основе сильно изменчивых генов, как указано в предыдущей литературе ⁴¹ и нашем собственном анализе (дополнительный рис. S3a, b). Количество групп совместной встречаемости субпопуляций, идентифицированных в пределах каждого из 12 перекрывающихся типов тканей в двух наборах данных, в целом соответствовало друг другу, как показано на рис.5а. Выбросы были вызваны главным образом тем, что распределение клеток по типам тканей в этих двух наборах данных различалось. Трахея и легкое были двумя доминирующими типами тканей, на которые приходилось 30% и 13% набора данных на основе капель, тогда как на эти два вместе приходилось 6% клеток в наборе данных на основе FACS. Напротив, сердце было самым большим типом ткани в наборе данных на основе FACS, но самым маленьким в наборе данных на основе капель. Кластеризация по совместному возникновению выявила в общей сложности 261 генный путь при анализе этих двух наборов данных.Для каждого пути гена мы вычислили его среднюю активность (процент обнаружения) для каждого из 12 перекрывающихся типов тканей в двух наборах данных отдельно. Тепловые карты на рис. 5b показали, что активность генных путей в различных типах тканей сильно коррелировала между двумя наборами данных. Тесная корреляция была дополнительно визуализирована на фиг. 5c, по одному графику разброса для каждого типа ткани с точками, соответствующими 261 генным путям. Для большинства типов тканей (кроме сердца, почек и тимуса) активность путей была выше в наборе данных на основе FACS, что согласуется с тем фактом, что процент выбывания в наборе данных на основе FACS был ниже.Сравнение на рис. 5 продемонстрировало, что модели отсева в двух наборах данных очень согласовывались друг с другом. Напротив, аналогичный анализ, основанный на экспрессии сильно изменчивых генов, показал, что уровни экспрессии были менее коррелированы между двумя наборами данных по сравнению со схемами отсева (дополнительный рисунок S3c – e). Этот анализ продемонстрировал полезность и надежность моделей отсева в больших наборах данных scRNA-seq, созданных с помощью двух разных технологий, а также масштабируемость алгоритма кластеризации совместной встречаемости, который вместе выявлял типы тканей и субпопуляции на основе бинарных моделей отсева в данные.

Рис. 4: Кластеризация по совпадению, примененная к шаблонам отсева в наборах данных Tabula Muris.

a Совместная кластеризация отдельных типов тканей в данных scRNA-seq на основе капель. b Совместная кластеризация отдельных типов тканей в данных scRNA-seq на основе FACS.

Рис. 5: Согласованность между двумя наборами данных Tabula Muris с точки зрения шаблонов отсева.

a Количество субпопуляций в каждом из 12 перекрывающихся типов тканей, идентифицированных с помощью кластеризации по совместному появлению, в целом соответствовало друг другу. b Тепловые карты активности 261 идентифицированного генного пути в двух наборах данных, демонстрирующие высокую согласованность. c Диаграммы разброса для отдельных типов тканей, дополнительно демонстрирующие, что активность путей, основанная на моделях отсева, сильно коррелировала между двумя наборами данных.

Схема, работа и ее применение

В настоящее время размеры современных электронных компонентов и устройств сокращаются. Однако эффективность батареи очень сильно меняется, так что это фактор, позволяющий раздвинуть пределы систем управления питанием.В производстве полупроводников технический прогресс привел к созданию архитектуры System on Chip (SoC), где такие подсистемы, как аналоговая, цифровая и RF, включены в конкретный кремниевый кристалл, что означает, что разные системные блоки используют разные источники питания. В системе управления питанием используются различные цепи питания, такие как преобразователь постоянного тока в постоянный, линейный регулятор напряжения, импульсный стабилизатор и стабилизатор с малым падением напряжения или LDO. В этой статье обсуждается обзор регуляторов с низким отсевом.

Что такое регулятор с малым падением напряжения?

Термин LDO означает «стабилизатор с малым падением напряжения» и представляет собой недорогой и простой регулятор напряжения. Основная функция этого регулятора — получение регулируемого опорного напряжения при высоком входном напряжении.
Главной особенностью этого регулятора является его способность обеспечивать чрезвычайно низкое падение напряжения на нем всякий раз, когда подается регулируемое напряжение отпускания по току. Таким образом, это позволяет стабилизатору использовать в приложениях с критически важными батареями, где входное напряжение батареи близко к необходимому регулируемому напряжению включения / выключения.

Стабилизатор напряжения с низким падением напряжения

Стабилизатор с низким падением напряжения использует переменный вход для обеспечения стабильного, постоянно контролируемого малошумящего постоянного напряжения постоянного тока. Это линейный регулятор напряжения, который включает небольшое падение напряжения на входе, а также на выходе, который работает, даже когда напряжение o / p очень близко к напряжению i / p, в отличие от линейного регулятора напряжения, которому требуется огромное падение напряжения. между входом и выходом для правильной работы. По сравнению с другими регуляторами напряжения, такими как линейные, этот регулятор напряжения не имеет шума переключения и имеет меньший размер устройства.

Основные функции регулятора напряжения с низким падением напряжения: он регулирует подачу входного напряжения в сторону требуемого напряжения по всей нагрузке. Следующая функция — подача напряжения o / p с чрезвычайно низким уровнем шума при наличии шума в источнике питания i / p. Итак, наиболее часто используемые регуляторы LDO — это AMS1117, RT9193 и MIC29302.

Краткое описание линейных регуляторов напряжения

Внутрисхемная конструкция, используются различные типы линейных регуляторов напряжения, например, 7805, иначе 7812.Это один из видов схемы или устройства с изменяемым входным напряжением, а также стабильным, постоянно контролируемым постоянным напряжением o / p с низким уровнем шума.

Схема линейного регулятора напряжения

Стабильное выходное напряжение регулятора является результатом непрерывного изменения его внутреннего сопротивления по сравнению с изменениями в сопротивлении нагрузки.

Выходное напряжение простого регулятора постоянного напряжения может быть задано с помощью следующего уравнения:

Vout = V _IN X R _LOAD / R _LOAD + R _IN

В _ВХОД X (1/1 + R _IN / R _{НАГРУЗКА} )

Если какая-либо нагрузка отсутствует, то напряжение o / p самое высокое и эквивалентно i / p на регуляторе.Когда присутствует нагрузка, напряжение o / p будет низким по сравнению с наивысшим достижимым значением. Таким образом, основное несходство между максимальным выходным напряжением и выходным напряжением через нагрузку известно как ошибка выходного напряжения, которая обозначается через EVO.

Обычно эта ошибка выходного напряжения обозначается как процентное несоответствие между самым высоким напряжением o / p и выходным напряжением через нагрузку.

E _VO = (V _OUT-MAX — V _OUT-LOAD / V _OUT-MAX ) X 100

Процент погрешности в отношении i / p, а также сопротивления нагрузки можно представить как

.

E _VO = R _IN / R _IN + R _{НАГРУЗКА}

Эта ошибка должна быть уменьшена, чтобы обратная связь была существенной.Таким образом, цепь обратной связи используется для обнаружения изменений, происходящих внутри нагрузки, и регулирует изменяемое внутреннее сопротивление, чтобы отношение внутреннего сопротивления к сопротивлению нагрузки оставалось постоянным.

Теория регулятора с малым падением напряжения

LDO — это устройство с малым падением напряжения, и оно может работать при низких колебаниях потенциала как на входе, так и на выходе. Иногда его называют линейным регулятором с низкими потерями или линейным регулятором с насыщением. Как правило, самое низкое напряжение, при котором регулятор напряжения может работать стабильно, составляет менее 1 В.

Падение напряжения

В линейном регуляторе транзистор расположен между VIN и VO, и наименьшая разность потенциалов, необходимая для обеспечения постоянной работы транзистора, известна как падение напряжения. Как только разница напряжений между входом и выходом падает ниже напряжения выпадения, транзистор не может поддерживать постоянную работу, и напряжение переключения падает.

Таким образом, как для регуляторов, таких как линейные регуляторы, так и для регуляторов с малым падением напряжения, можно установить минимально необходимое входное напряжение для обеспечения процесса.В этом случае VO + Dropout Voltage — это минимальное рабочее напряжение. Как только напряжение i / p будет ниже наименьшего рабочего напряжения, напряжение o / p не будет постоянным.

Структура LDO

На рисунке ниже показана базовая блок-схема LDO. Основными компонентами LDO являются опорное напряжение, дифференциальный усилитель (усилитель ошибки) и элемент прохода (полевой транзистор).

Блок-схема регулятора с малым падением напряжения

Блок-схема LDO показана ниже, и основными компонентами, используемыми в ней, являются усилитель ошибки (дифференциальный усилитель), опорное напряжение и полевой транзистор (полевой транзистор).

Положительный вход дифференциального усилителя проверяет разделение выходного сигнала, измеренного через долю резисторов, таких как R1 и R2, тогда как i / p на отрицательном выводе усилителя может быть получено от стабильного опорного напряжения.

Рабочий регулятор с малым падением напряжения

Регулятор LDO работает аналогично обычному линейному регулятору напряжения, но включает в себя три основных компонента, таких как проходной элемент, источник опорного напряжения и усилитель ошибки. Обычно проходным элементом является полевой транзистор с P-каналом и N-каналом, однако его также называют PNP или NPN.На следующей схеме LDO входное напряжение подается на проходной элемент, такой как N-канальный полевой транзистор.

Работа этого полевого транзистора может выполняться в линейной области, чтобы снизить входное напряжение ниже до необходимого выходного напряжения.

Усилитель ошибки или дифференциальный усилитель определяет выходное напряжение, сравнивая его с опорным напряжением. Таким образом, этот тип усилителя модифицирует вывод затвора полевого транзистора в сторону подходящего рабочего конца, чтобы убедиться, что o / p находится на точном напряжении.При изменении входного напряжения дифференциальный усилитель заменяет полевой транзистор, чтобы поддерживать стабильное выходное напряжение. В установившемся режиме работы такой регулятор работает как простой резистор.

Существуют некоторые виды регуляторов LDO в фиксированных, а также изменяемых версиях напряжения o / p для регулирования напряжения o / p в зависимости от необходимости. Эти регуляторы также включают вывод включения, используемый для управления регулятором, чтобы помочь разработчикам управлять регулятором, чтобы предотвратить использование батареи, когда она не используется.

Элементы регулятора LDO

К основным элементам регулятора с малым падением напряжения в основном относятся следующие.

Опорное напряжение

В любом регуляторе напряжения опорное напряжение является начальной точкой, потому что оно находится на рабочем конце дифференциального усилителя. Как правило, можно использовать источник опорного напряжения с запрещенной зоной, поскольку он позволяет работать при низком напряжении.

Дифференциальный усилитель / усилитель ошибки

Основное требование к конструкции усилителя ошибки состоит в том, чтобы он потреблял минимально возможный ток.Выходное сопротивление усилителя должно быть как можно меньшим, поскольку емкость затвора проходного транзистора будет большой.

Напряжение o / p, которое уравновешивается через сеть делителя напряжения, является одним входом усилителя ошибки, тогда как другой вход может быть опорным напряжением. Таким образом, напротив, этот усилитель регулирует сопротивление проходного элемента.

Обратная связь

Обратная связь делителя резистивного напряжения позволяет уменьшить напряжение o / p и позволяет оценивать его через опорное напряжение с помощью дифференциального усилителя.

Элемент прохода

В LDO проходной элемент отвечает за передачу тока от входа к нагрузке и управляется через дифференциальный усилитель в контуре обратной связи. Как правило, полевые МОП-транзисторы используются как проходные элементы.

Выходной конденсатор

В LDO это важный компонент, потому что он гарантирует, что поток тока может быть доставлен мгновенно к нагрузке во время переходных процессов нагрузки, пока дифференциальный усилитель не будет готов.

Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) конденсатора чрезвычайно важно, поскольку оно останавливает ток от конденсатора к нагрузке.Следовательно, для конденсатора (1 мкФ) с эквивалентным диапазоном последовательного сопротивления от 10 мОм до 300 мОм возможными типами конденсаторов являются керамические, полимерно-электролитические и танталовые с низким ESR.

Параметры LDO

Различные параметры LDO обсуждаются ниже.

Ток покоя

Спокойствие может быть определено как состояние, иначе — фаза бездействия. Таким образом, этот ток может протекать по всей системе в режиме ожидания, когда загорается, в противном случае нагрузка не будет подключена.

Оба тока, такие как покой и выключение, — разные термины. Ток покоя — это ток, протекающий через систему, когда светильник, в противном случае нагрузка не подключена, тогда как ток отключения — это ток, потребляемый после деактивации устройства, однако батарея по-прежнему связана с устройством.

PSRR (Коэффициент отклонения блока питания)

Коэффициент подавления источника питания (PSRR) можно определить как способность LDO подавлять элементы переменного тока, такие как пульсации напряжения.PSRR можно выразить следующей формулой:

PSRR (дБ) = 20 log (Vripple (вход) / Vripple (выход))

Регулировка нагрузки

Этот вид регулирования можно определить как способность схемы поддерживать определенное выходное напряжение ниже изменяющихся условий нагрузки. Таким образом, это регулирование нагрузки можно выразить как

Регулировка нагрузки = ∆Vout / ∆Iout

Регламент

Линейное регулирование можно определить как способность схемы поддерживать определенное выходное напряжение путем изменения входного напряжения.Это можно выразить следующим образом.

Регулировка нагрузки = ∆Vout / ∆Vin

Переходный процесс

Переходную характеристику можно определить как наивысшую допустимую разность напряжения включения / выключения для скачкообразного изменения тока нагрузки. Это также можно назвать переходной характеристикой линии. Это функция значения выходного конденсатора (Cout), ESR (эквивалентное последовательное сопротивление) конденсатора o / p, Cb (байпасный конденсатор) и (Iout, max) наибольший ток нагрузки. Наибольшую разницу в переходном напряжении можно выразить следующим образом.

∆Vtr, max = (Iout, max / Cout + Cb) ∆t1 + ∆VESR

Особенности LDO

Основные характеристики LDO в основном включают следующее.

• Блокировка пониженного напряжения
• Ограничение по току
• TSD (тепловое отключение)
• Выходной разряд

Преимущества и недостатки

LDO или стабилизатор с малым падением напряжения — это линейный регулятор напряжения постоянного тока. Этот тип регулятора используется для регулирования напряжения o / p даже тогда, когда напряжение питания очень близко к напряжению o / p.

По сравнению с регуляторами постоянного тока в постоянный, этот тип регулятора имеет много преимуществ, таких как отсутствие шума переключения, небольшие размеры устройства и большая простота конструкции. Недостатком этого регулятора является, в отличие от импульсных регуляторов, линейные регуляторы постоянного тока должны рассеивать мощность через регулирующее устройство для управления выходным напряжением.

Приложения

Основные приложения LDO включают в себя следующие.

• Сотовые телефоны
• Линейные блоки питания с высоким КПД
• Карманные компьютеры, ноутбуки и ноутбуки
• Модули постоянного / постоянного тока и пострегулятор SMPS
• Оборудование с батарейным питанием
• Персональная электроника или бытовая электроника
• Регулирование или коммутация VPP и PCMCIA VCC
• LDO, такие как Low-Noise & High-PSRR, используются для беспроводной и проводной связи.
• Маломощные и малогабаритные типы используются для портативного оборудования.
• Стойкость к высоковольтному оборудованию для автомобилей и промышленности.
• LDO высокой мощности используются для цифрового ядра питания.

Итак, это обзор регулятора напряжения с малым падением напряжения или LDO. В системе управления питанием это самый важный компонент, особенно устройства, работающие от батареи. Эти регуляторы могут выдавать несколько уровней напряжения через стабильный выходной сигнал.Выходное напряжение этого регулятора не зависит от импеданса нагрузки, температуры и изменений входных напряжений. Это линейный регулятор напряжения, который работает при крайне низком разнице потенциалов на входе и выходе. Вот вам вопрос, какие типы регуляторов напряжения доступны на рынке?

Часто задаваемые вопросы: Линейные регуляторы с малым падением напряжения (LDO)

Микромодуль LTM9100 (микромодуль) от Linear Technology принимает логические входы, которые позволяют внутреннему изолированному контроллеру переключателя питания управлять переключением MOSFET / IGBT с внешним питанием при напряжении до 1000 В постоянного тока.Он использует барьер гальванической развязки для отделения логических входов от контроллера выключателя питания, который может включать и выключать источники питания высокого напряжения. При этом изолирующий барьер защищает свои низковольтные логические входы от соседнего высоковольтного контроллера переключателя мощности.

Во многих компьютерных приложениях используются высокие напряжения, которыми можно управлять с помощью LTM9100. Одно из таких приложений — промышленные моторные приводы, которые могут работать от 170 до 680 В постоянного тока. Сетевые солнечные системы могут работать с напряжением до 600 В и более.Первичная мощность некоторых современных истребителей составляет 270 В постоянного тока. Литий-ионные аккумуляторы в электромобилях могут достигать напряжения до 400 В.

Кроме того, центры обработки данных рассматривают возможность распределения высоковольтной мощности для снижения тока, потерь в кабелях I ² R и веса кабелей. В этих типах приложений компьютерные команды могут создавать логические входы, которые позволяют LTM9100 управлять высоковольтной мощностью, которую необходимо включать и выключать с помощью контролируемого пускового тока.

Ключом к защите электропитания LTM9100 является его внутренний барьер гальванической развязки 5 кВ _RMS , который отделяет цифровой входной интерфейс от контроллера переключателя питания, который управляет внешним N-канальным MOSFET или IGBT-переключателем ( Рис.1 ). Микромодуль имеет интерфейс I ² C, который обеспечивает доступ к изолированным цифровым измерениям тока нагрузки, напряжения и температуры шины, что позволяет контролировать мощность и энергию шины высокого напряжения.

1. LTM9100 используется в качестве изолированного драйвера переключателя нагрузки верхнего плеча с использованием внешнего силового МОП-транзистора.

Вы можете настроить этот изолированный контроллер переключателя питания для использования в приложениях с высокой или низкой стороны (отсюда и его имя Anyside), как показано на Рис.2 . Кроме того, его можно использовать в плавучих приложениях.

Регулируемые пороги блокировки при пониженном и повышенном напряжении гарантируют, что нагрузка будет работать только тогда, когда входное напряжение находится в допустимом диапазоне. Автоматический выключатель с ограничением тока защищает источник питания от перегрузки и короткого замыкания.

Этот изолированный контроллер выключателя питания минимизирует пусковой ток за счет плавного пуска нагрузки. Он достаточно универсален для управления пусковым током в платах с горячей заменой, трансформаторах переменного тока, моторных приводах и индуктивных нагрузках.

Более старый метод управления пусковым током использует термисторы с отрицательным температурным коэффициентом (NTC) или ограничители пускового тока NTC. Эти устройства начинают с высокого сопротивления при комнатной температуре до включения питания или нагрузки; высокое сопротивление ограничивает пусковой ток при включении. Однако, если цепь быстро выключается и включается, ограничения пускового тока не происходит, потому что резистор недостаточно остыл, чтобы восстановить свое высокое сопротивление.

2. LTM9100 может быть сконфигурирован как для работы на стороне высокого, так и на стороне низкого уровня (возврат на землю).

Другие методы управления пусковым током включают симисторы перехода через ноль, схемы управления активным коэффициентом мощности (PFC) и индуктивную входную фильтрацию с демпфированием. Они могут быть сложными, громоздкими и в первую очередь для входов переменного тока.

Рис. 3 — это упрощенная схема LTM9100, показывающая его изолирующий барьер, который разделяет микромодуль на логическую и изолированную стороны. Для питания изолированной стороны используется полностью интегрированный регулятор напряжения, включая трансформатор, поэтому внешние компоненты не требуются.Логическая сторона содержит драйвер полного моста, работающий на частоте 2 МГц, который связан по переменному току с первичной обмоткой трансформатора. Блокирующий конденсатор постоянного тока предотвращает насыщение трансформатора из-за дисбаланса рабочего цикла драйвера. Трансформатор масштабирует первичное напряжение, которое выпрямляется симметричным удвоителем напряжения. Такая топология снижает синфазные возмущения напряжения на изолированной стороне заземления и устраняет насыщение трансформатора, вызванное вторичным дисбалансом.

Встроенный регулятор напряжения питает 10.4 В и 5 В для контроллера выключателя питания. Изолированные измерения тока нагрузки и двух входов напряжения выполняются 10-разрядным АЦП и доступны через интерфейс I ² C. Логика и интерфейс I ² C отделены от контроллера переключателя питания изоляционным барьером 5 кВ _RMS , что делает LTM9100 идеальным для систем, в которых контроллер переключателя питания работает с шинами до 1000 В, _{постоянного тока,} . Гальваническая развязка необходима для защиты цепей управления, безопасности оператора и прерывания цепей заземления.

3. Барьер гальванической развязки разделяет LTM9100 на изолированную сторону и логическую сторону. 10-битный АЦП в контроллере переключателя питания контролирует напряжение SENSE на резисторе считывания тока RS. Цепи высокого напряжения

управляются путем кодирования сигналов в импульсы и передачи их через границу изоляции с помощью трансформаторов без сердечника, сформированных в подложке микромодуля, как показано на Рис. 4 . Бесперебойная связь гарантируется для переходных процессов в синфазном режиме 50 кВ / мкс.Эта система, укомплектованная обновлением данных, проверкой ошибок, безопасным отключением в случае сбоя и чрезвычайно высокой устойчивостью к синфазным помехам, является надежным решением для изоляции двунаправленных сигналов.

Чтобы гарантировать надежный изолирующий барьер, каждый LTM9100 проходит производственные испытания на 6 кВ _RMS . Кроме того, он будет соответствовать стандарту UL 1577, что позволит производителям конечного оборудования сэкономить месяцы времени на сертификацию. Сквозная изоляция на большом расстоянии означает высокий уровень электростатического разряда ± 20 кВ через барьер.

LTM9100 идеально подходит для использования в сетях, где заземление может принимать различные напряжения.Изолирующий барьер блокирует высокие перепады напряжения и исключает контуры заземления и чрезвычайно устойчив к синфазным переходным процессам между плоскостями заземления.

Хотя его основное применение — управление внешним N-канальным переключателем MOSFET, вы также можете использовать IGBT. Это может быть необходимо для приложений с напряжением выше 250 В, где традиционные полевые МОП-транзисторы с достаточным уровнем SOA (безопасная рабочая зона) и низким R _{DS (ON)} могут быть недоступны.

IGBT доступны с номинальным напряжением 600 В, 1200 В и выше.Не все IGBT подходят, однако, только те, которые предназначены для работы на постоянном или близком к постоянному току, как указано в их технических характеристиках рабочих характеристик SOA. Дополнительную озабоченность вызывает напряжение насыщения коллектор-эмиттер IGBT. Пороговое значение сливного штифта составляет 1,77 В. В некоторых случаях напряжение насыщения IGBT, V _{CE (SAT)} , может быть выше, чем это, что требует делителя напряжения на входном контакте Drain.

4. LTM9100 передает сигналы и мощность через изолирующий барьер. Сигналы кодируются в импульсы и проходят через границу изоляции с помощью трансформаторов без сердечника, сформированных в подложке микромодуля.Это обеспечивает чрезвычайно надежную схему двунаправленной связи.

IGBT следует выбирать с максимальным пороговым напряжением между затвором и эмиттером, В _{GE (TH)} , что соответствует минимальному хорошему состоянию питания LTM9100 GATE, или В _S минимальному UVLO (блокировка при пониженном напряжении) 8,5 В. Пороговое напряжение, указанное в таблице электрических характеристик устройства, часто соответствует очень низким токам коллектора.

Внутренний усилитель (A1), подключенный к контактам Sense, контролирует ток нагрузки через внешний резистор считывания RS, обеспечивая защиту от перегрузки по току и короткого замыкания.В условиях перегрузки по току ток ограничивается до 50 мВ / RS посредством регулирования затвора. Если состояние перегрузки по току сохраняется более 530 мкс, ворота отключаются.

При использовании силового полевого МОП-транзистора LTM9100 контролирует напряжение стока и затвора, чтобы определить, полностью ли усилен полевой МОП-транзистор. После успешного включения полевого МОП-транзистора два сигнала Power Good выводятся на контакты PG и PGIO. Эти штифты позволяют включать и упорядочивать нагрузки. Вывод PGIO также может быть настроен как вход или выход общего назначения.

Перед включением полевого МОП-транзистора оба напряжения питания внутреннего привода затвора V _S и V _CC2 должны превышать их пороговые значения блокировки при пониженном напряжении. MOSFET отключается до тех пор, пока не будут выполнены все условия запуска.

10-битный аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в контроллере переключателя мощности измеряет напряжение считывания, полученное с усилителя A1. Кроме того, он измеряет напряжения на выводах ADIN2 и ADIN, которые используются для вспомогательных функций, таких как измерение напряжения шины или температуры и т. Д.

Интерфейс I ² C позволяет читать регистры данных АЦП. Это также позволяет хосту опрашивать устройство и определять, произошла ли ошибка. Вы можете использовать контакт ALERT * на логическом входе в качестве прерывания, чтобы хост мог реагировать на сбой в режиме реального времени. Два контакта с тремя состояниями, ADR0 и ADR1, позволяют программировать восемь возможных адресов устройства. Интерфейс также можно настроить по выводам для однопроводного широковещательного режима, отправляя данные АЦП и информацию о неисправности через вывод SDA на хост без синхронизации линии SCL.Эта однопроводная односторонняя связь упрощает проектирование системы.

Цепи логического управления питаются от внутреннего LDO-стабилизатора, который получает 5 В от источника питания VS. Выход 5 В доступен на выводе VCC2 для управления внешними цепями (ток нагрузки до 15 мА). VCC2 развязан внутри конденсатором емкостью 1 мкФ.

В диапазоне температур от -40 ^o ° C до 105 ^° ° C LTM9100 предлагается в корпусе BGA 22 мм x 9 мм x 5,16 мм с расстоянием утечки 14,6 мм между логической стороной и изолированной стороной.

Базовые знания регулятора напряжения (2/4)

Основные электрические характеристики

В таблице 3 приведены общие электрические характеристики КМОП-регулятора.

[Таблица 3] Общие характеристики КМОП-регуляторов по типам

Тип	Низкое предложение Ток	Высокое Напряжение	Сверхвысокая Скорость	GO	НЧ	Большое течение	Блок
	XC6504	XC6216	XC6223	XC6220	XC6602	XC6230
Диапазон входного напряжения	1.4 ~ 6	2 ~ 28	1,6 ~ 5,5	1,6 ~ 6	0,5 ~ 3	1,7 ~ 6	В
Диапазон выходного напряжения	1,1 ~ 5,0	2,0 ~ 23	2,0 ~ 4,0	0,8 ~ 5	0,5 ~ 1,8	1,2 ~ 5	В
Точность выходного напряжения	± 1	± 1	± 1	± 1	± 20 мВ	± 1	%
Максимальный выходной ток	150	150	300	1000	1000	2000	мА
Падение напряжения	330 @ 0.1	[email protected]	[email protected]	60@0,3	[email protected]	170 @ 1	мВ при A
Ток потребления	0,6	5	100	8 (режим PS) 50 (режим HS)	6,5 (I IN ) 100 (I BIAS )	45	мкА
CE PIN	Есть	Да / Нет	Есть	Есть	Есть	Есть
Линейное постановление	0.01	0,01	0,02	0,01	0,01	0,01	% / В
Температурная стабильность	50	100	100	100	30	100	частей на миллион / ° C
PSRR @ 1 кГц	30	30	80	55	75V IN ) 60 (В смещение )	70	дБ

Примечание. Указанные значения являются типичными.

Коэффициент отклонения пульсации

Основные характеристики линейных стабилизаторов CMOS включают точность выходного напряжения, ток питания, линейное регулирование, регулирование нагрузки, падение напряжения и температурные характеристики выходного напряжения. Поскольку эти параметры являются основными характеристиками последовательных регуляторов, нет большой разницы между КМОП-регуляторами и биполярными линейными регуляторами.

Существуют различные типы линейных стабилизаторов CMOS в зависимости от применения, но их можно условно разделить на две категории в зависимости от их характеристик; стабилизаторы с низким потребляемым током и высокоскоростные стабилизаторы LDO, ориентированные на переходные характеристики.Эта категоризация основана на различиях следующей способности к изменениям входного напряжения или выходного тока, и поэтому эту особенность трудно указать с помощью обычных характеристик постоянного тока. Следовательно, в наши дни коэффициент подавления пульсаций включен в основные характеристики, чтобы указать основные характеристики линейных регуляторов CMOS.
Формула коэффициента отклонения пульсаций показана ниже.

Скорость подавления пульсаций = 20 * Log (изменение входного напряжения / изменение выходного напряжения)

График 5 показывает скорость подавления пульсаций высокоскоростных регуляторов серии XC6223.Кроме того, фактическая форма волны показана на графике 6. Используя входное напряжение с размахом напряжения 1 В и изменяя частоту, вы можете увидеть изменения в значении пульсаций выходного напряжения. На Графике 1 частота подавления пульсаций составляет -80 дБ при частоте 1 кГц. Таким образом, выходное напряжение изменится примерно на 0,1 мВ, когда входное напряжение изменится на 1 В, и поэтому мы не можем идентифицировать существенное изменение в осциллографе на рисунке 5. Но при частоте 100 кГц частота подавления пульсаций будет 50 дБ, поэтому пульсации на выходе становятся небольшими. мВ, и изменения станут видны на осциллографе.

[График 5] Характеристики скорости подавления пульсаций (XC6223)

XC6223x181

[График 6] Скорость подавления пульсаций: фактическое входное напряжение и форма кривой выходного напряжения (I _OUT = 30 мА)

Частота пульсации на входе: 1 кГц

Частота пульсации на входе: 100 кГц

Падение напряжения

Другой основной характеристикой линейных регуляторов является падение напряжения, но большинство КМОП-стабилизаторов относятся к типам с малым падением напряжения и очень маленьким падением напряжения.Эта черта проистекает из того факта, что регуляторы были разработаны для обеспечения длительного использования батареи． График 7 показывает соотношение между входным напряжением и выходным напряжением. Вы можете сказать, что падение напряжения очень мало.

[График 7] Связь между входным и выходным напряжениями
(XC6209B302: выходной ток = 30 мА)

«Падение напряжения на входе-выходе» буквально означает разницу напряжений между входным и выходным напряжением, но также предполагает величину доступного тока.Характеристики выпадающего напряжения XC6222x281 показаны на Графике 8 для справки. Например, если вам нужен выходной ток 600 мА с использованием регулятора с выходным напряжением 2,8 В, то необходимое напряжение выпадения составляет 300 мВ, и, следовательно, необходимое входное напряжение составляет 3,1 В.

[График 8] Зависимость напряжения отключения от выходного тока (XC6222x281)

XC6222x281

Последний LDO имеет улучшенную управляемость драйвера P-ch MOSFET, поэтому вы, вероятно, сможете получить выходной ток до предела тока почти без выпадения, если есть определенное падение напряжения.

Характеристики переходного процесса: возможность соответствия при скачкообразном изменении входного напряжения или тока нагрузки

В наши дни пакетный режим обычно используется для цифровой обработки сигналов электронных устройств, и поэтому изменение тока нагрузки на LSI и памяти становится больше, чем когда-либо. Следовательно, характеристики переходного режима, которые могут соответствовать изменениям, теперь являются важным качеством регуляторов. Характеристики переходной характеристики можно разделить на переходную характеристику линии и переходную характеристику нагрузки, и эти характеристики полностью зависят от тока питания цепи.Обратим внимание на усилитель ошибки и значение емкости затвора P-ch MOSFET транзистора переключения нагрузки, показанного на Рисунке 2, блок-схеме базовой внутренней схемы. Линейный стабилизатор CMOS содержит большой P-ch MOSFET-транзистор в качестве переключателя нагрузки, а скорость отклика почти полностью определяется выходным импедансом усилителя ошибки для управления MOSFET-транзистором и значением емкости затвора MOSFET-транзистора. Фактором, определяющим выходное сопротивление усилителя ошибки, является ток питания цепи; по мере увеличения тока питания сопротивление становится ниже, а скорость отклика увеличивается.

Как описано ранее, управляемость высокоскоростного регулятора улучшается за счет добавления буфера. Поскольку буфер также функционирует как усилитель, будет 3 комплекта усиления: усилитель ошибки предварительного усилителя (40 дБ), буферный усилитель (20 дБ) и нагрузочный P-канальный MOSFET-транзистор (20 дБ). Они образуют цепь обратной связи с коэффициентом усиления без обратной связи 80 дБ или более и могут реагировать на изменение выходного напряжения чувствительно и быстро. Наблюдая фактическую форму переходной характеристики нагрузки на Графике 9, можно увидеть, что восстановление напряжения начинается в течение нескольких микросекунд после изменений выходного напряжения, вызванных изменением тока нагрузки.

[График 9] Переходная характеристика нагрузки высокоскоростного LDO (XC6209B302)

На графике 10 сравниваются переходные характеристики нагрузки между сериями XC6221 и XC6219, типами с низким током питания и высокоскоростными. Размер P-ch MOSFET-транзисторов в обеих сериях примерно одинаков, поскольку обе микросхемы настолько малы, что их можно собрать в корпусе SOT-25, но форма сигнала явно отличается.

[График 10] Сравнение переходных характеристик нагрузки

Стабилизатор тока низкого потребления: XC6221A282

Регулятор скорости: XC6219A282

В _ВХОД = 3.8V
C _IN = керамический колпачок 1 мкФ.
C _L = керамический колпачок 1 мкФ.

Вообще говоря, P-кремниевая подложка может улучшить время отклика на переходные процессы в линии и скорость подавления пульсаций. Это связано с тем, что P-кремниевая подложка заземлена на VSS, и поэтому схемы на кремниевой подложке меньше подвержены влиянию входного источника питания. На рисунке 5 показана схема инвертора на подложке из P-кремния. Источники опорного напряжения внутри ИС часто проектируются с использованием этой характеристики.

[Рис. 5] Инвертор на основе P-кремния

Последние регуляторы LDO реагируют на чрезвычайно высоких скоростях и обладают хорошей способностью выдерживать переходные процессы при нагрузке. Однако в то же время такой высокоскоростной отклик может сделать линию электропередачи нестабильной и может не только ухудшить характеристики высокоскоростного регулятора, но также может повлиять на выход других линейных регуляторов при наличии импеданса от соединителей и проводов в линия электропередачи.Электропроводка на печатной плате должна быть тщательно спроектирована, чтобы избежать сопротивления линии питания.

Выходные шумовые характеристики

Белый шум — это один из выходных шумов, который возникает, когда тепловой шум, возникающий в резисторе с заданным выходным напряжением, усиливается усилителем ошибки. Тепловой шум может увеличиваться при высоком импедансе, поэтому существуют сверхбыстрые малошумящие КМОП-стабилизаторы, ток питания которых составляет 70 мкА. Шумовая характеристика регулятора показана на Графике 11.

[График 11] Плотность шума на выходе (XC6204B302)

Следующая страница

Функция защиты линейного стабилизатора CMOS

Выпадение пациентов — обзор

Распределение органов

Идеальная схема распределения печени умершего донора должна приводить к минимальному выбыванию пациентов из списка ожидания по причине прогрессирования ГЦК, должна минимизировать рецидив опухоли после ОТП и не должна ставить других пациентов в невыгодное положение. сроки предтрансплантационной и посттрансплантационной выживаемости.Текущие критерии включения опухоли для трансплантации печени при ГЦК основаны на сочетании размера опухоли и опухолевых узлов. Mazzaferro et al., ^{, 11,} , в 1996 году показали, что пациенты, у которых была одна опухоль диаметром 5 см или до трех опухолей размером до 3 см, имели такую ​​же выживаемость после трансплантации печени, как и пациенты, перенесшие трансплантацию без ГЦК. Хотя эти критерии никогда не проверялись в контролируемых исследованиях, эти критерии, известные как Миланский критерий , были широко проверены другими группами и стали одновременно критериями включения опухоли в большинство западных стран для распределения умерших донорских органов и эталоном того, что все последующие критерии являются по сравнению с.Однако многие центры в конечном итоге пересаживают пациентов, превышающих миланские критерии с хорошими результатами, и поэтому многие считают, что миланские критерии могут быть слишком строгими. Яо и др. Разработали критерии Калифорнийского университета в Сан-Франциско (UCSF), в которых включение применяется к единичным опухолям размером до 6,5 см или до трех опухолей, сумма диаметров которых не превышает 8 см. Критерии были разработаны ретроспективно и проспективно подтверждены UCSF и другими. ^82,83 Посттрансплантационная выживаемость и рецидив опухоли у пациентов, превышающих Милан, но в рамках критериев UCSF, были аналогичны пациентам в рамках критериев Милана, тогда как пациенты, превышающие критерии Милана и UCSF, имели значительно худший результат.Используя данные Международного реестра опухолей печени при трансплантации печени, наша группа показала результаты, идентичные критериям Милана у пациентов с одиночными опухолями до 6 см или до трех опухолей диаметром до 5 см (критерии Далласа) и плохими. исходы у пациентов, превышающих эти критерии. ⁸⁴ Это наблюдалось другой группой в меньшей серии. ⁸⁵ Основываясь на этих данных, UNOS Region 4 ввел расширенные критерии включения опухолей, основанные на критериях Далласа, за исключением того, что при множественных опухолях максимальная сумма диаметров может достигать 9 см.Внедрение критериев Региона 4 позволило трансплантировать на 15% больше пациентов без потери результата. ⁸⁶ Если используются расширенные критерии включения опухоли, для получения хороших результатов после трансплантации рекомендуется предтрансплантационная абляционная терапия. ⁸⁷

Были предложены другие расширенные критерии. Mazzaferro и др., Изучая большое количество пациентов с ГЦК, превышающих Миланские критерии, описали концепцию «Метротикета» — где чем дальше мы отклоняемся от критериев включения опухоли, тем выше цена, которую мы платим за частоту рецидивов опухоли и смертность, — предполагая рост от -до семи критериев опухоли. ^88,89 Азиатские группы выступают за трансплантацию пациентам с более высокой опухолевой нагрузкой, например, по критериям 7-7 из Токио (7 опухолей до 7 см). Можно ли применять широкое расширение критериев к пациентам в Западном полушарии — предмет дискуссий. В то время как в азиатских странах большинство трансплантаций выполняется с использованием трансплантации печени от живого донора (LDLT), любое расширение критериев распределения умерших доноров может привести к отвлечению органов у других пациентов, находящихся в списке ожидания трансплантации печени.

Пациенты с ГЦК имеют приоритет в листах ожидания во многих странах, чтобы избежать прогрессирования опухолей, выходящих за рамки критериев включения, что, в свою очередь, приводит к выбыванию из списка ожидания и смерти от рака. Несмотря на тот факт, что система распределения UNOS уделяла некоторый приоритет пациентам с ГЦК в Соединенных Штатах, к 2001 г. процент выбытия из-за прогрессирования опухоли ГЦК достигал 25% через 1 год и 43% через 2 года ожидания. ⁹⁰ Текущее распределение печени умерших доноров основано на оценке по модели терминальной стадии болезни печени (MELD). ^91,92 Большинство пациентов с ГЦК не имеют высокого уровня билирубина / уровня креатинина / нормализованного международного отношения и, следовательно, имеют низкий показатель MELD. Поэтому пациентам с ГЦК требуется более высокий балл, чтобы облегчить им доступ к трансплантации. ⁹² При его введении в 2002 году пациенты с ГЦК получали высокие баллы MELD и имели слишком высокий приоритет в листе ожидания, в результате чего время ожидания трансплантации составляло менее месяца, что, как считалось, ставило в невыгодное положение других пациентов, ожидающих трансплантации. список. ^66,93-95 Это привело к шестикратному увеличению числа пациентов с трансплантированным ГЦК. Это вызвало обеспокоенность по поводу того, что пациенты, не страдающие ГЦК, находящиеся в листе ожидания, могут оказаться в невыгодном положении или пострадать в результате распределения. ⁹⁶ Распределение с тех пор дважды пересматривалось; текущее распределение точек исключения распространяется на пациентов с опухолями более 2 см в диаметре (T2). Пациентам, превышающим критерии включения опухоли, не выделяются точки исключения. Выживаемость пациентов после трансплантации по поводу ГЦК улучшилась. ^97,98

Относительно долгое время ожидания трансплантации для пациентов с ГЦК и серьезная нехватка или отсутствие печени умерших доноров привели к внедрению ЛПНП. ^99-101 По мере того, как была введена система оценки MELD и время ожидания пациентов с ГЦК сократилось, в США снизился уровень ЛПНП при ГЦК. С новыми ограничениями приоритета и более высокими баллами MELD при трансплантации может возобновиться интерес к живому донорству.