Почему регуляторы напряжения с низким падением напряжения (LDO) нестабильны?

Регуляторы LDO, основанные на транзисторах P-типа, сегодня кажутся предпочтительной формой линейного стабилизатора напряжения, но я продолжаю слышать о том, как мне нужно тщательно выбирать выходной конденсатор (ы), чтобы гарантировать стабильность. Старые регуляторы с высоким выпадением и транзисторами N-типа, похоже, не имели этой проблемы. Что же делает LDO менее стабильным? Это транзистор P-типа? Чем меньше разница между и V o u t ? И то и другое? Или что-то еще вообще? И почему ESR выходного конденсатора так важен?$V_{in}$$V_{out}$

LDO - это контрольный цикл. И, как и все контуры управления, всегда есть место для нестабильности.

Так как же сделать цикл управления стабильным?

1. Вы предоставляете достаточный запас по фазе (разность по фазе от момента, когда усиление пересекает ось 0 дБ и 180.
2. При пересечении оси 0 дБ наклон кривой с открытой петлей должен составлять -20 дБ / дек.
3. Обеспечить достаточную прибыль

Если вы посмотрите на типичный отклик LDO с разомкнутым контуром, он может выглядеть следующим образом

Есть несколько полюсов.

1. Ошибка усилителя полюса - полюс из-за усилителя
2. Полюс нагрузки - полюс из-за выходного конденсатора и нагрузки
3. Паразитный полюс - обычно внутри проходного элемента (на этом рисунке не показан).

На этом изображении также есть один ноль.

1. ESR Zero - ноль за счет выходного конденсатора

Если вы посмотрите на точку 2 стабильного цикла, он говорит, что наклон должен быть -20db / dec.

Что ж, если ... нуля там никогда не было. Это означает, что наклон, когда он достигает 0 дБ, равен -40 дБ (из-за двух предыдущих полюсов). Неустойчивость.

Добавление нуля перед осью 0db делает систему устойчивой.

Самый простой способ добавить ноль в систему - через ESR конденсатора. В любом случае вам нужен конденсатор, поэтому вы убиваете двух зайцев одним выстрелом.

ESR имеет значение, потому что он контролирует размещение нуля. Он должен быть достаточно низким, чтобы вы могли получить значение -20 дБ / дек при пересечении оси 0 дБ, но достаточно низким, чтобы усиление было ниже 0 дБ до следующего полюса (обычно из-за парастик).

« У более старых регуляторов с высоким выпадением и транзисторами N-типа такой проблемы не было ».

Ответ таков: транзистор npn-типа, используемый в качестве элемента управления, работает в конфигурации с общим коллектором (потенциал коллектора должен быть выше, чем у эмиттера). В отличие от этого - как показано на рисунке (предоставлено efox29) - тип pnp имеет сопротивление коллектора (делитель напряжения) и работает как инвертирующий усилитель с общим эмиттером с усилением. Следовательно, неинв. вход операционного усилителя подключен к цепи делителя (для полного усиления отрицательного контура).

Это означает, что npn-транзистор с эмиттерным резистором работает как повторитель эмиттера с неинвертирующим усилением, меньшим единицы (и должен использоваться входной терминал инвертирующего усилителя). Что касается стабильности, важно понимать, что, следовательно, общее усиление контура намного меньше по сравнению со случаем pnp. Как следствие, проблемы со стабильностью уменьшаются (или даже исчезают). Однако, как недостаток, меньшее усиление контура снижает регулирующие свойства всего LDO.