ทำไมตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมต่ำ (LDO) จึงไม่เสถียร

15

หน่วยงานกำกับดูแล LDO จากทรานซิสเตอร์ประเภท P ดูเหมือนจะเป็นรูปแบบที่ต้องการของตัวควบคุมแรงดันไฟฟ้าเชิงเส้นในวันนี้ แต่ฉันก็ยังได้ยินเกี่ยวกับวิธีที่ฉันต้องเลือกตัวเก็บประจุเอาท์พุทอย่างระมัดระวังเพื่อรับประกันความเสถียร ผู้ควบคุมการตกกลางคันสูงที่มีทรานซิสเตอร์ N-type ดูเหมือนจะไม่มีปัญหานี้ อะไรที่ทำให้ LDOs มีเสถียรภาพน้อยลง? มันเป็นทรานซิสเตอร์แบบ P หรือไม่? ความแตกต่างระหว่างที่มีขนาดเล็กและ ? ทั้งสอง? หรืออย่างอื่นเลย? และทำไม ESR ของตัวเก็บประจุเอาท์พุทจึงสำคัญ? $V_{in}$ $V_{out}$

control-system ldo stability

— Adam Haun
แหล่งที่มา

15

LDO เป็นลูปควบคุม และเช่นเดียวกับลูปควบคุมทั้งหมดมีห้องสำหรับความไม่แน่นอน

ดังนั้นคุณจะทำให้ลูปควบคุมเสถียรได้อย่างไร

คุณให้ระยะห่างของเฟสที่เพียงพอ(ความแตกต่างของเฟสจากเมื่ออัตราขยายข้ามแกน 0 dB และ 180
ความชันของพล็อตแบบลูปเปิดควรเป็น -20db / dec เมื่อข้ามแกน 0dB
ให้อัตรากำไรที่เพียงพอ

หากคุณเราดูการตอบกลับแบบลูปทั่วไปของ LDO มันอาจมีลักษณะเช่นนี้

มีเสาจำนวนหนึ่ง

Error amp pole - เสาเนื่องจากเครื่องขยายเสียง
โหลดเสา - เสาเนื่องจากตัวเก็บประจุและโหลดเอาต์พุต
เสากาฝาก - มักจะอยู่ในองค์ประกอบผ่าน (ไม่แสดงในภาพนี้)

นอกจากนี้ยังมีหนึ่งศูนย์ในภาพนี้

ESR Zero - ศูนย์เนื่องจากตัวเก็บประจุออก

ถ้าคุณดูจุดที่ 2 ของลูปเสถียรมันบอกว่าความชันควรเป็น -20db / dec

แล้วถ้าเกิดอะไรขึ้น ... นั่นหมายถึงความลาดเอียงเมื่อมันกระทบ 0db คือ -40db (เนื่องจากสองขั้วก่อนหน้านี้) ความไม่แน่นอน

การเพิ่มศูนย์ก่อนแกน 0db ทำให้ระบบมีเสถียรภาพ

วิธีที่ง่ายที่สุดในการเพิ่มศูนย์ให้กับระบบคือผ่าน ESR ของตัวเก็บประจุ คุณต้องการตัวเก็บประจุอยู่แล้วดังนั้นคุณจะฆ่านกสองตัวด้วยหินก้อนเดียวที่นี่

ESR มีความสำคัญเนื่องจากจะควบคุมตำแหน่งของศูนย์ มันควรจะต่ำพอที่คุณจะได้ -20db / dec เมื่อคุณข้ามแกน 0db แต่ต่ำพอที่อัตราขยายจะต่ำกว่า 0 dB ก่อนที่จะถึงขั้วถัดไป

— efox29
แหล่งที่มา

1

ฉันคิดว่ามันแปลกที่ความชันของลอจิกมีผลโดยตรงต่อความมั่นคง ไม่ได้หมายความว่าความชัน -20 เดซิเบลจะรับประกันระยะ -90 °ซึ่งหมายถึงระยะขอบเกนที่ไม่สิ้นสุดในขณะที่ความชัน -40 เดซิเบลจะทำให้เฟสลดลงถึง -180 °ทำให้มีอัตรากำไรที่ จำกัด ซึ่งค่อนข้างมาก ต่ำ?

— นายMystère

คำตอบทั้งสองนี้และ LvW นั้นยอดเยี่ยมและตอบคำถามต่าง ๆ ของฉัน น่าเสียดายที่ฉันยอมรับได้เพียงแค่หนึ่งอันเท่านั้นดังนั้นฉันเลือกที่ได้คะแนนมากกว่านี้

— Adam Haun

10

" ผู้ควบคุมการตกกลางคันสูงที่มีทรานซิสเตอร์ชนิด N ดูเหมือนจะไม่มีปัญหานี้ "

คำตอบมีดังนี้: ทรานซิสเตอร์ชนิด npn ที่ใช้เป็นองค์ประกอบการควบคุมดำเนินการในการกำหนดค่าตัวเก็บรวบรวมทั่วไป (ศักยภาพของตัวสะสมจะต้องสูงกว่าตัวส่งสัญญาณ) ในทางตรงกันข้าม - ดังแสดงในรูป (จัดทำโดย efox29) - ประเภท pnp มีความต้านทานสะสม (ตัวแบ่งแรงดันไฟฟ้า) และทำงานเป็นเครื่องขยายเสียงสามัญอีซีแอลที่ได้รับ ดังนั้นการไม่รุกราน อินพุต opamp เชื่อมต่อกับห่วงโซ่ตัวแบ่ง (สำหรับผลรวมวนลบเชิงลบทั้งหมด)

นั่นหมายความว่า: ทรานซิสเตอร์ npn ที่มีตัวต้านทานตัวปล่อยความร้อนทำงานเป็นตัวตามตัวปล่อยความร้อนที่ไม่ได้รับการแปลงกลับน้อยกว่าความเป็นหนึ่งเดียว เกี่ยวกับความมั่นคงมันเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องตระหนักว่าดังนั้นผลรวมของการวนซ้ำนั้นน้อยกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเคส pnp ดังนั้นปัญหาเสถียรภาพจะลดลง (หรือหายไป) อย่างไรก็ตามข้อเสียที่ได้รับจากการวนรอบขนาดเล็กจะลดคุณสมบัติการควบคุมของ LDO ทั้งหมด

— LVW
แหล่งที่มา

ฉันคิดว่า LDO นั้นมาจาก p-channel FET ไม่ใช่ PNP BJTs (?)

— Peter Mortensen

มันสามารถเป็นได้ - ตัวอย่างเช่น LM2940 คือ PNP BJT เวอร์ชัน

— เควินไวท์