Чому регулятори напруги з низьким відключенням (LDO) нестабільні?

15

LDO-регулятори, засновані на транзисторах типу P, сьогодні здаються кращою формою лінійного регулятора напруги, але я постійно слухаю про те, як мені потрібно ретельно вибирати вихідний конденсатор (и), щоб гарантувати стабільність. У старих регуляторів високого виходу з транзисторами N типу, схоже, не було цієї проблеми. Що є причиною того, що ЛДО менш стійкі? Це транзистор типу P? Менша різниця між і ? Обидва? Або взагалі щось інше? І чому так важлива ШОЕ вихідного конденсатора? $V_{in}$ $V_{out}$

control-system ldo stability

— Адам Хаун
джерело

15

LDO - це контур управління. І як і всі контрольні петлі, завжди є місце для нестабільності.

То як зробити контур управління стабільним?

Ви забезпечуєте достатній запас фази (різниця у фазі від коли коефіцієнт підсилення перетинає вісь 0 дБ і 180).
Нахил ділянки відкритої петлі повинен бути -20db / dec при перетині осі 0dB
Забезпечте достатній запас прибутку

Якщо ми подивимось на типовий відгук LDO з відкритим циклом, це може виглядати приблизно так

Існує ряд полюсів.

Помилка підсилювача підсилювача - полюс за рахунок підсилювача
Полюс навантаження - полюс за рахунок вихідного конденсатора та навантаження
Паразитичний полюс - зазвичай всередині елемента проходу (не зображений на цьому зображенні).

На цьому зображенні також є один нуль.

ШОЕ нульовий - нуль за рахунок вихідного конденсатора

Якщо ви подивитеся на точку 2 стійкої петлі, вона говорить, що нахил повинен бути -20db / dec.

Ну що робити ... нуль ніколи там не був. Це означає, що нахил, коли він досягає 0db, дорівнює -40db (за рахунок двох попередніх полюсів). Нестабільність.

Додавання нуля перед віссю 0db робить систему стабільною.

Найпростіший спосіб додати нуль до системи - через ESR конденсатора. Вам потрібен конденсатор у будь-якому випадку, тому ви вбиваєте тут двох птахів одним каменем.

ШОЕ має значення, оскільки він контролює розміщення нуля. Він повинен бути досить низьким, щоб ви могли отримати -20db / dec при перетині осі 0db, але досить низьким, щоб посилення було нижче 0 дБ перед наступним полюсом (як правило, через парастики).

— efox29
джерело

1

Мені дивно, що нахил боди насправді безпосередньо впливає на стабільність. Це насправді не означає, що нахил -20 дБ гарантуватиме фазу -90 °, що означає нескінченний запас прибутку, тоді як нахил -40 дБ призведе до зниження фази до -180 °, даючи обмежений запас прибутку, який може бути досить низький?

— Містер Містер

І ця, і відповідь LvW чудові і відповідають на різні частини мого запитання. На жаль, я можу прийняти лише одну, тому я вибираю ту, яка отримала більше голосів.

— Адам Хаун

10

" Старі регулятори з високим викидом з транзисторами N типу, схоже, не мали цієї проблеми ".

Відповідь полягає в наступному: Транзистор типу npn, який використовується як елемент управління, працює в конфігурації загального колектора (потенціал колектора повинен бути вищим, ніж у випромінювача). На відміну від цього - як показано на малюнку (надано efox29) - тип pnp має опір колектора (дільник напруги) і працює як інвертуючий підсилювач загального випромінювача з посиленням. Тому не-інв. вхід opamp підключається до ланцюга дільника (для загального негативного посилення циклу).

Це означає: транзистор npn з резистором випромінювача працює як послідовник випромінювача з неінвертуючим коефіцієнтом посилення, меншим за одиницю (і слід використовувати інвертуючий вхідний термінал opamp). Щодо стабільності, важливо усвідомити, що, отже, загальний коефіцієнт посилення циклу набагато менший, якщо порівнювати з випадком pnp. Як наслідок, проблеми зі стабільністю зменшуються (або навіть зникають). Однак, як недолік, менший коефіцієнт посилення циклу знижує регулюючі властивості всього LDO.

— LvW
джерело

Я подумав, що ЛДО базуються на ПЕТ-каналах FET, а не на PNP BJT (?).

— Пітер Мортенсен

Це може бути і інше - наприклад, LM2940 - це версія PNP BJT.

— Кевін Вайт