Чому в специфікаціях LM1117 конкретно вказані танталові конденсатори?


22

Я планую на використанні LM1117 регулювати напругу 5 В до 3.3 В. Дивлячись на ( будь з тих кількох ) аркушах даних для LM1117 вони рекомендують 10 мкФ танталових конденсаторів між входом і землею , а також між виходом і землею.

Я розумію потребу в конденсаторах, але мені незрозуміло, чому саме вони повинні бути танталом. У мене тут сидить купа електролітичних 10 мкФ конденсаторів, тоді як якщо з якихось причин потрібно буде тантал, мені доведеться замовити їх.

Чому вони настільки специфічні щодо використання танталових конденсаторів?


Чи може бути так, що тантали зазвичай мають вищу ШОЕ, ніж електролітичну?
Majenko

Метт, прочитавши трохи більше про це, ШОЕ, безумовно, здається, що це причина. ШОЕ кераміки, мабуть, дуже низький, тоді як для електролітики він з часом збільшується. Якщо це справді причина, електролітика зараз має бути добре - я щось пробую, не роблячи 10 000 з них. Все-таки я хотів би знати це точно.
Джон Брайт

3
Тантал має низьку ШОЕ!
Леон Геллер

3
@MattYoung Насправді так, так і є. Тому що, якщо хтось, як ти, знаходить щось не так, ти в змозі це виправити. Це називається "експертна оцінка", і це в основному те, що проходять усі наукові роботи. У цьому випадку однолітки розкидані по всьому Інтернету.
Majenko

4
@MattYoung І наскільки ви думаєте, як довго триватиме редагування? Вікіпедія - це не безкоштовна для всіх, на яку ви, здається, думаєте, що вона є.
Majenko

Відповіді:


30

Танталові конденсатори абсолютно не потрібні в цій програмі.

  • Єдиною причиною вибору танталу може бути термін експлуатації, і це може бути розроблено за допомогою алюмінієвих мокрих електролітичних ковпачків. Звідси передбачається, що цей термін життя був правильно розроблений і не є проблемою.

  • Використання танталового конденсатора в якості вхідного конденсатора запрошує загибель конденсатора в будь-який час, якщо рейкова потужність на вході може мати на ній сплески напруги з будь-якого джерела. Шип, що перевищує малу частину вище номінального значення танталового конденсатора, ризикує повним руйнуванням у високоенергетичному контурі, як цей.

  • Вхідний конденсатор є типовим резервуарним конденсатором, його значення відносно не критичне. Тантал тут не виконує ніяких технічних цілей. Якщо потрібен наднизький опір, тоді показано використання меншої паралельної кераміки.

  • Вихідний конденсатор НЕ є конденсатором фільтра в будь-якому традиційному розумінні. Його основна роль полягає у забезпеченні стабільності контуру регулятора. (Наприклад, 10-омний резистор може бути розміщений послідовно з конденсатором, не перешкоджаючи його функціональності. Жодна нормальна кришка фільтра не допустить цього без погіршення функціональності).

  • Характеристики алюмінієвих вологих електролітичних конденсаторів правильної ємності та номінальної напруги добре підходять до ролі вихідного конденсатора. Немає підстав не використовувати їх там. Це 7-центове конденсаторне ціноутворення / загальні дані / таблиця даних було б прийнятним вибором у багатьох програмах. (Більш тривалий термін експлуатації може вказувати на 1 2000 год. / 105С частина).


LM1117 технічний опис дає чіткі вказівки щодо істотних і бажаних характеристик вхідних і вихідних конденсаторів. Підходить будь-який конденсатор, який відповідає цим характеристикам. Тантал є нормальним вибором, але це не найкращий вибір. Існують різні фактори, а вартість одна. Тантал пропонує нормальну вартість за можливість при ємностях приблизно від 10 мкФ. Вихідний конденсатор в більшості випадків "безпечний" від шипів. Вхідний конденсатор загрожує "поганою поведінкою" з боку інших частин системи. Шипи вище номінального значення призведуть до (буквально) полум'яного розплаву. (Дим, полум'я, шум, неприємний запах і вибух - все необов’язково -
я бачив, як одна танталова шапочка робить все це по черзі :-))

Вхідний конденсатор

Вхідний конденсатор не надто критичний, коли регулятор подається з уже добре відокремленої системної шини. Під діаграмою на першій сторінці вони зазначають "Обов'язково, якщо регулятор розташований далеко від фільтра живлення", до якого ви можете додати "або іншу добре відокремлену частину живлення". тобто конденсатори, що використовуються для роз'єднання в цілому, можуть зробити ще один тут зайвим. Вихідний конденсатор є більш важливим.

Вихідний конденсатор

Багато сучасних регуляторів з низькою продуктивністю, які випадають, безумовно нестабільні в комплекті. Для забезпечення стабільності циклу їм потрібен вихідний конденсатор, який має як ємність, так і ШОЕ у вибраних діапазонах. Дотримання цих умов має важливе значення для стабільності при будь-яких умовах навантаження.

Вихідна ємність, необхідна для стабільності: стабільність вимагає, щоб вихідний конденсатор вихідного навантаження був> = 10 мкФ, коли штир Cadj не має доданого конденсатора до заземлення і> = 20 мкФ, коли Cadj має доданий обхідний конденсатор. Більш високі ємності також стабільні. Цю вимогу можна було б задовольнити алюмінієвою мокрою електролітичною кришкою або керамічною кришкою. Оскільки вологі електролітики, як правило, мають широку толерантність (до +100% / - 50%, якщо не вказано інше), мокрий електроліт із алюмінієм 47 мкФ забезпечить тут адекватну ємність, навіть коли Cadj був обхідний. АЛЕ вона може чи не відповідає специфікації ШОЕ.

Вихідний конденсатор ШОЕ необхідний для стабільності:

ШОЕ є «вимогою до золотистого кольору» :-) - не занадто багато і не занадто мало.
Потрібна ШОЕ зазначається як

    0.3 ohm <= ESR <= 22 ohm.

Це надзвичайно широка і незвична вимога. Навіть досить скромні пульсаційні струми в цьому конденсаторі можуть викликати набагато більші, ніж прийнятні перепади напруги. Зрозуміло, що вони не сподіваються на великі пульсаційні струми і що роль конденсатора пов'язана насамперед зі стабільністю контуру, ніж з регулюванням шуму. Зауважте, що регулятори "старої школи", такі як, наприклад, LM340 / LM7805, часто вказують відсутність вихідного конденсатора або, можливо, 0,1 мкФ. Наприклад, у таблиці LM340 тут написано "** Хоча вихідний конденсатор не потрібен для стабільності, він допомагає перехідної реакції. (Якщо потрібно, використовуйте керамічний диск 0,1 мкФ)".

Танталовий конденсатор не потрібен, щоб відповідати цій специфікації.
Вологий алюмінієвий конденсатор буде легко відповідати цій специфікації. Ось кілька типових нових максимальних коефіцієнтів ESR для нових електролітичних конденсаторів з мокрим алюмінієм. Перша група - це конденсатори, які можуть бути використані на практиці в цій заявці на нижньому кінці діапазону ємності. 10 мкФ, 10В - це приблизно половина дозволеного коефіцієнта ESr - можливо, трохи близький для комфорту протягом усього життя. Друга група - це те, що було б використано з Cadj в обхід і може бути використане в будь-якому випадку - ШОЕ далеко від меж в обох напрямках. Третя група - конденсатори, вибрані для наближення до нижньої межі (і вони отримають більш високий опір = краще з віком). 100 uF 63V штовхає нижню межу - але тут не потрібно буде використовувати частину 63V, і вона з віком стане вище (= краще). .

  • 10uF, 10V - 10 Ом
    10 uF, 25V - 5,3 Ом

  • 47uF, 10V - 2,2 Ом
    47 uF, 16V - 1,6 Ом 47 uF, 25 V, 1,2 Ом

  • 470 мкФ, 10В - 024ом 220уФ
    , 25В - 0,23 Ом
    100 мкФ, 63В - 0,3 Ом


Про це кажуть у таблиці LM1117

  • 1.3 Вихідний конденсатор

    Вихідний конденсатор має вирішальне значення для підтримки стабільності регулятора і повинен відповідати необхідним умовам як для мінімальної кількості ємності, так і для ESR (еквівалентний опір серії).

    Мінімальна вихідна ємність, необхідна LM1117, становить 10 мкФ, якщо використовується танталовий конденсатор. Будь-яке збільшення вихідної ємності буде просто покращувати стабільність циклу та перехідну реакцію.

    Коефіцієнт ШОЕ вихідного конденсатора повинен бути в межах від 0,3 Ом до 22 Ом. У випадку регульованого регулятора, коли використовується CADJ, потрібна більша вихідна ємність (тангел 22 мкф)

ШОЕ є вирішальним


ДОБАВЛЕНО - примітки

SBCasked:

Я читав це стільки разів - "підтримуйте стабільність регулятора".
Що може бути прикладом нестабільного регулятора?
Чи буде вихідний рівень коливатися з високою пульсацією чи не визначеним, або що саме відбудеться?

На мій досвід, нестабільність регулятора (і як ви очікували) призводить до того, що регулятор коливається, з великим рівнем і часто високою частотою сигналу на виході та напругою постійного струму, виміряною за допомогою вимірювача без RMS, який здається стабільним постійним струмом при неправильне значення.

Далі йде коментар до того, що ви можете побачити в типових обставинах - фактичні результати дуже різняться, але це керівництво.
Подивіться на вихід з осцилографом, і ви можете побачити напівсинусоїду хвилі 100 кГц від 100 мв до декількох амплітуд вольт на номінальному виході 5 В постійного струму.

Залежно від параметрів зворотного зв’язку ви можете отримати коливання низької частоти, досить повільні, щоб побачити зміни на "DC" метрі, і ви могли б отримати більше схожі на МГц сигнали.
Я б очікував:
(a) дуже повільні зміни, що піддаються більшій амплітуді (оскільки це дозволяє припустити, що система переслідує хвіст таким чином, що майже в регулюванні, і що коригуючі відгуки не приводять його швидко в лінії та
(б) коливання рівня МГц, більш схильні бути меншими, ніж звичайна амплітуда, оскільки це говорить про те, що низький темп збільшення коефіцієнта посилення є головним фактором швидкості реакції, Але що завгодно може статися.

Крім того, як саме тут зіграно ESR?
Наївний перехожий, як я, сподівався б, що нижчий опір серії буде кращим.

Інтуїтивне та логічне не завжди відповідають.
Регулятор по суті є підсилювачем, керованим зворотним зв'язком.
Якщо зворотний зв'язок негативний, загалом система стабільна, а вихідний - постійний.
Якщо зворотний зв'язок чистої петлі позитивний, ви отримуєте коливання.
Загальний зворотний зв'язок описується функцією передачі, що включає залучені компоненти. Ви можете дивитись на стабільність з точки зору, наприклад, критерії стійкості Найквіста або (споріднені) жодних полюсів у правій половині площини та всіх полюсах всередині одиничного кола або ... так !. Доречно сказати, що зворотний зв'язок від виходу на вхід не підсилює коливання і що занадто великий або занадто малий опір може призвести до загального посилення, якщо розглядати його як частину загальної системи.
Просте, корисне .
Лише трохи складніший - хороший
Sueful - обмін стеками

Корисно

Багато споріднених картинок

І одне остаточне зауваження, чи вважаєте ви, що напруга пульсації на кришці є великим (навіть для малих струмів) як властиву проблему через малі розміри? (тобто Vc = інтеграл струму над ємністю?)

Вони кажуть "... 0,3 Ом <= ESR <= 22 Ом ..."
Якщо у вас показник ШОЕ в 10 Ом, то кожен мА пульсаційного струму буде викликати 10 мВ зміни напруги в конденсаторі. 10 мА пульсаційного струму = 100 мВ коливання напруги, і ви будете дуже незадоволені своїм регулятором. Активний регулятор може працювати, щоб зменшити цю пульсацію, але приємно, щоб ваш конденсатор фільтру не додав до проблеми, яку ви хочете вирішити.


1
Дякую за надзвичайно детальну та корисну відповідь. Я все ще трохи спантеличений питанням, чому вони так сильно називають тантал, але ваша відповідь дає зрозуміти, що я можу це не помітити.
Джон Брайт

1
Я читав це стільки разів - "підтримуйте регулярну стабільність". Що може бути прикладом нестабільного регулятора? Чи буде вихідний рівень коливатися з високою пульсацією чи бути невизначеним? Що саме трапилося б? Крім того, як саме тут зіграно ESR? Наївний перехожий, як я, сподівався б, що нижчий опір серії буде кращим. І одне остаточне зауваження, чи вважаєте ви, що напруга пульсації на кришці є великим (навіть для малих струмів) як властиву проблему через малі розміри? (тобто Vc = інтеграл струму над ємністю?)
sherrellbc

Більшість конденсаторів не поводяться як одна кришка послідовно з одним резистором, а як величезна мережа взаємопов'язаних резисторів та конденсаторів. Якщо ковпачок 100uF поводився як послідовно-паралельна комбінація, що містить послідовну комбінацію ідеального ковпачка 0,1 фунта та коефіцієнта ШОЕ 0,001 Ом паралельно, а також послідовну комбінацію ідеального ковпачка 99,9 фунта та резистора 100 ом, яким би був лист даних очікується повідомити про ШОЕ такого обмеження?
supercat

2
@sherrellbc - Нестабільність регулятора, на мій досвід, (і як ви очікували) призводить до того, що регулятор коливається, з високим рівнем і часто високою частотою сигналу на виході та напругою постійного струму, виміряною за допомогою вимірювача без RMS, який, здається, стабільний постійний струм при неправильному значенні. Далі, що ви можете побачити в типових обставинах - фактичні результати дуже різняться, але це керівництво. Подивіться на вихід з осцилографом, і ви можете побачити напівсинусоїду хвилі 100 кГц від 100 мв до декількох амплітуд вольт на номінальному виході 5 В постійного струму. ...
Рассел Макмахон

... Залежно від параметрів зворотного зв’язку ви можете отримати коливання низької частоти, досить повільні, щоб побачити зміни на "DC" метрі, і ви могли б отримати більше схожі на МГц сигнали. Я б очікував: (a) дуже повільні зміни, що піддаються більшій амплітуді (оскільки це дозволяє припустити, що система переслідує хвіст таким чином, що майже в регулюванні, і що коригуючі відгуки не приводять його швидко в лінії та (б) коливання рівня МГц більш схильні бути меншими, ніж звичайна амплітуда, оскільки це дозволяє припустити, що швидкість руху коефіцієнта посилення є головним фактором швидкості реакції, АЛЕ що-небудь може статися.
Рассел МакМахон

7

Я знайшов цікаву посилання в таблиці даних LI3940 TI (LDO від 5 В до 3,3 В).

Тантал був визначений, оскільки електролітичні можуть збільшувати ШОЕ до 30 разів на дуже низьких температурах.
Можна підключити невеликий тантал паралельно до великого електролітика, якщо вартість буде проблемою.

Обмеження ШОЕ: ШОЕ вихідного конденсатора спричинить нестабільність циклу, якщо він занадто високий або занадто низький. Прийнятний діапазон коефіцієнта ШОЕ, побудований проти струму навантаження, показаний на малюнку 19. Важливо, щоб вихідний конденсатор відповідав цим вимогам, або коливання можуть призвести.
Малюнок 19. Обмеження ШОЕ
Важливо зазначити, що для більшості конденсаторів ШОЕ задається лише при кімнатній температурі. Однак конструктор повинен гарантувати, що ШОЕ буде залишатися в межах меж, показаних у всьому діапазоні робочої температури для проектування. Для алюмінієвих електролітичних конденсаторів ШОЕ зросте приблизно на 30 разів, оскільки температура знизиться з 25 ° С до -40 ° С. Цей тип конденсаторів не дуже підходить для роботи при низьких температурах. Тверді танталові конденсатори мають більш стійкий показник ШОЕ за температури, але дорожчі, ніж електролітики з алюмінію. Економічно ефективним підходом іноді є паралельність алюмінієвого електролітику з твердим танталом, загальна ємність якої розділена приблизно на 75/25%, а найбільше значення має Алюміній. Якщо два конденсатора паралельні, ефективний коефіцієнт коефіцієнта корисної передачі - паралель двох окремих значень.


2

Електролітики мають низьку продуктивність високої частоти порівняно з танталом. З ціною танталу в ці дні я рекомендував би паралельно використовувати один із ваших електролітиків з невеликим керамічним конденсатором - скажімо, 100nF. Це залежить від того, чим ви живитесь, але це, як правило, не так важливо, якщо тільки пульсація та перехідна реакція особливо критичні для вас.


люди потрапляють у глухий спосіб розуму - алюміній * електролітичний погано - тантал хороший - повинні використовувати тантал ... Мені приємно почути, що хтось критикує мою відповідь з технічних причин. Якщо я щось пропустив або зробив суттєво неправильне технічне твердження, то будь-якими словами скажіть. Але я не вірю в це. * - Зараз я правильно написав алюміній "правильно", як я бачу, що ви перебуваєте у Великобританії :-). Полум'я захищається вгору.
Рассел Макмахон

1
@Russell McMahon - Так? (1) Я опублікував свою відповідь перед вами, щоб я не критикував. (2) Ми, мабуть, згодні! (3) Алюмінієві конденсатори набагато гірші за алюмінієві :)
MikeJ-UK

mea culpa :-( - Я змішав виробника коментарів із запитувачем - коментар мав на увазі закінчити свій пост після коментаря Йона :-). Я вас не критикував - вибачте, якщо це здалося саме таким. Я мав намір прокоментувати запит Джона, чому вони будуть специфікувати тантал, враховуючи очевидну відсутність потреби в ньому. Вибачте знову.
Рассел Макмахон
Використовуючи наш веб-сайт, ви визнаєте, що прочитали та зрозуміли наші Політику щодо файлів cookie та Політику конфіденційності.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.