電壓調(diào)節(jié)器的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)測(cè)試，第三部分

電容器在調(diào)節(jié)器響應(yīng)中的作用

該穩(wěn)壓器在其輸入 (C IN ) 和輸出 (C OUT )處使用電容器來增強(qiáng)其高頻響應(yīng)。您應(yīng)該仔細(xì)考慮電容器的電介質(zhì)、值和位置，因?yàn)樗鼈儠?huì)極大地影響穩(wěn)壓器特性。C OUT主導(dǎo)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng);C IN的重要性要小得多，只要它不低于穩(wěn)壓器的壓降點(diǎn)即可。圖 16顯示了一個(gè)典型的穩(wěn)壓器電路，并強(qiáng)調(diào)了 C OUT及其寄生生物。寄生電感和電阻會(huì)限制電容器在頻率下的有效性。電容器的電介質(zhì)和值顯著影響負(fù)載階躍響應(yīng)。穩(wěn)壓器輸出走線運(yùn)行中的“隱藏”寄生阻抗累積也會(huì)影響穩(wěn)壓特性，盡管您可以通過遠(yuǎn)程感應(yīng)和分布式電容旁路將寄生效應(yīng)降至最低。

圖 16 C OUT主導(dǎo)調(diào)節(jié)器的動(dòng)態(tài)響應(yīng);C IN的重要性要小得多。寄生電感和電阻限制了電容器在頻率下的有效性。電容器的值和電介質(zhì)顯著影響負(fù)載階躍響應(yīng)。過大的走線阻抗也是一個(gè)因素。

圖 17顯示了圖 16的電路響應(yīng)(跡線 B)到 0.5A 負(fù)載階躍偏置在 0.1A dc(跡線 A)上，C IN =C OUT =10 μF。該電路采用低損耗電容器，從而使跡線 B 的輸出得到良好控制。圖 18極大地?cái)U(kuò)展了水平時(shí)間尺度以研究高頻行為。調(diào)節(jié)器輸出偏差(曲線 B)是平滑的，沒有突然的不連續(xù)性。圖 19運(yùn)行與圖 17相同的測(cè)試，使用的輸出電容器聲稱與圖 17 使用的電容器“等效”。

圖 17 C IN =C OUT =10 μF對(duì)圖 16 電路(跡線 A)的階躍 0.5A 負(fù)載導(dǎo)致跡線 B 的穩(wěn)壓器輸出。低損耗電容器的使用促進(jìn)了受控的輸出偏移。

圖 18擴(kuò)展的水平刻度顯示了跡線 B 的平滑穩(wěn)壓器輸出響應(yīng)。不匹配的電流和電壓探頭延遲會(huì)導(dǎo)致輕微的時(shí)間偏移。

圖 19與圖 17 中的電容“等效”的 10-FC OUT電容顯示的性能在 10 秒/格時(shí)表現(xiàn)相似。

圖 20水平擴(kuò)展表明，“等效”電容器產(chǎn)生的幅度誤差是圖 18 中電容器的兩倍。不匹配的探頭延遲會(huì)導(dǎo)致走線之間的時(shí)間偏移。

在 10 μsec/div 時(shí)，示波器照片看起來相似，但圖 20表明存在問題。這張照片是在與圖 18中的相同更高的掃描速度下拍攝的，顯示“等效”電容器的幅度誤差是圖18中的電容器的兩倍，頻率含量更高，諧振也更高。(始終根據(jù)觀察到的性能來指定組件，而不是根據(jù)銷售人員的說法。)圖 21用一個(gè)有損耗的 10 μF 單元代替了 C OUT。該電容器允許 400-mV 偏移(注意跡線 B 的垂直刻度變化)，大于圖 18的四倍。相反，圖 22增加了 C OUT到低損耗 33μF 類型，與圖 18相比，將跡線 B 的輸出響應(yīng)瞬態(tài)降低 40% 。圖 23進(jìn)一步增加了一個(gè)低損耗的 330-μF 電容器，將瞬態(tài)保持在 20 mV 以內(nèi)：比圖 18的 10-μF 值低四倍。

圖 21損耗過大的 10-μF C OUT允許 400-mV 偏移——是圖 18 的四倍。跡線之間的時(shí)間偏差源于探針失配。

圖 22將 C OUT替換為低損耗 33-μ F 單元可產(chǎn)生比圖 17 小 40% 的輸出響應(yīng)瞬態(tài)。

圖 23低損耗、330μF 電容器將輸出響應(yīng)瞬態(tài)保持在 20mV 以下——比圖 17 中的 10μF 電容器低四倍。

教訓(xùn)很清楚：電容值和介電質(zhì)量對(duì)瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)有顯著影響。在指定之前嘗試!

上升時(shí)間與調(diào)節(jié)器響應(yīng)

閉環(huán)負(fù)載瞬態(tài)發(fā)生器還允許研究高速調(diào)節(jié)時(shí)的負(fù)載瞬態(tài)上升時(shí)間。圖 24顯示了圖 16的電路 (C IN =C OUT =10 μF)，響應(yīng)于 0.1A 直流負(fù)載 (Trace A) 上的 0.5A、100-ns 上升時(shí)間階躍。響應(yīng)衰減(曲線 B)在 75 mV 處達(dá)到峰值，并出現(xiàn)以下一些畸變。減少跡線 A 的負(fù)載階躍上升時(shí)間(圖 25)幾乎使跡線 B 的響應(yīng)誤差增加一倍，隨之而來的跟隨畸變也擴(kuò)大了。這種情況表明更高頻率的調(diào)節(jié)器誤差增加。

圖 24穩(wěn)壓器的輸出響應(yīng)(跡線 B)對(duì) C OUT的 100 納秒上升時(shí)間電流階躍(跡線 A)為10 μF。響應(yīng)衰減峰值為 75 mV。

圖 25更快的上升時(shí)間電流階躍(跡線 A)將響應(yīng)衰減峰值(跡線 B)增加到 140 mV，表明調(diào)節(jié)損耗隨頻率增加。

所有的調(diào)節(jié)器都呈現(xiàn)出隨著頻率而增加的誤差——有些比其他的要多。緩慢的負(fù)載瞬態(tài)可能會(huì)不公平地使糟糕的穩(wěn)壓器看起來不錯(cuò)。暫態(tài)負(fù)載測(cè)試不表明在穩(wěn)壓器帶寬之外有一些響應(yīng)是值得懷疑的。

英特爾嵌入式存儲(chǔ)器穩(wěn)壓器提供了一個(gè)很好的實(shí)用示例，說明了穩(wěn)壓器負(fù)載階躍性能的重要性。存儲(chǔ)器需要 1.8V 電源，通常從 3V 下調(diào)。雖然目前的要求相對(duì)適中，但電源容差很嚴(yán)格。表 1顯示從 1.8V 僅允許 0.1V 偏移，包括所有直流和動(dòng)態(tài)誤差。LTC1844-1.8 穩(wěn)壓器在 31.5mV 時(shí)具有 1.75% 的初始容差，僅留下 68.5mV 的動(dòng)態(tài)誤差容限。圖 26顯示測(cè)試電路。內(nèi)存控制線移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致 50mA 負(fù)載瞬變，因此需要注意電容器的選擇。(LTC1844-1.8 的噪聲旁路引腳與一個(gè)可選的外部電容器一起工作以實(shí)現(xiàn)低輸出噪聲。然而，該應(yīng)用不需要它，并且保持未連接。)如果穩(wěn)壓器靠近電源，C IN是可選的。如果不是，請(qǐng)為 C IN使用一個(gè)高級(jí) 1μF 電容器。C OUT是一種低損耗、1μF 型。在所有其他方面，該電路似乎是例行公事。

圖 26 P30 嵌入式存儲(chǔ)器穩(wěn)壓器必須保持 0.1V 誤差帶?？刂凭€移動(dòng)會(huì)導(dǎo)致 50mA 負(fù)載階躍，因此需要注意 C OUT選擇。

負(fù)載瞬態(tài)發(fā)生器提供圖 27的輸出負(fù)載測(cè)試步驟(跡線 A)。該測(cè)試使用圖 8的電路并將 Q 1的發(fā)射極電流分流器更改為 1Ω。曲線 B 的調(diào)節(jié)器響應(yīng)僅顯示 30-mV 峰值，比所需的要好兩倍多。將C OUT增加到 10 μF(圖 28)可將峰值輸出誤差降低到 12 mV，幾乎是規(guī)范的六倍。然而，一個(gè)低等級(jí)的 10-μF 或 1-μF，就此而言，電容器會(huì)產(chǎn)生圖 29的不受歡迎的驚喜。在下降沿可觀察到 100 mV 時(shí)，兩個(gè)邊沿都會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的峰值誤差。(照片顯示了 Trace B 后半部分的強(qiáng)化版本，以幫助清晰。)這個(gè)數(shù)字遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了錯(cuò)誤預(yù)算，會(huì)導(dǎo)致不可靠的內(nèi)存操作(參考 4、參考 5和參考 6)。

圖 27 50mA 負(fù)載階躍(曲線 A)導(dǎo)致 30mV 穩(wěn)壓器響應(yīng)峰值，比誤差預(yù)算要求好兩倍。C OUT是一個(gè)低損耗的 1μF 電容器。

圖 28將 C OUT的值增加到 10 μF 可將穩(wěn)壓器輸出峰值降低到 12 mV，幾乎是要求的六倍。

圖 29低等級(jí)的 10-μ FC OUT導(dǎo)致 100-mV 穩(wěn)壓器輸出峰值(曲線 B)，違反了 P30 穩(wěn)壓器的內(nèi)存限制。為了清晰起見，示波器照片增強(qiáng)了軌跡的后半部分。