所有线性稳压器都不能过滤输入纹波吗?(或者真的像戴夫建议的那样糟糕)?

电器工程 电源 我愿意 线性稳压器 纹波电流
2022-01-05 22:10:52

背景

EEVBlog #1116中,Dave 讨论了一种消除电源纹波的方法,并继续表明(参见 5:17 至 6:15)您不能指望线性稳压器来消除输入纹波。他在实验室中举了一个具体的例子:在 10 kHz 输入纹波和 MCP1700(一个 CMOS LDO)下,如示波器上所示,纹波大部分通过。

虽然视频的其余部分进行了细致的解释,但我觉得他以一种挑剔的方式呈现了这个例子,并省略了相关细节。我记得他确实做了他警告过的事情我有一个 A 类耳机放大器,当通过 12V 的特定 el-cheapo 壁式电源供电时,输出端会发出啸叫声,这是由开关噪声引起的电源。在那种情况下,我用 LM317 降低并清理了输入电压,从而完全消除了噪声。

请注意,我并不是说 Dave 错了 - 他的警告是线性稳压器,尤其是 LDO,可能无法解决您的问题。

我有足够的直觉猜测他所说的可能主要适用于 LDO,因为我听说它们可能存在稳定性问题,而且我猜对振荡的内部补偿使它们的通过元件有些惰性,所以在 10 kHz 这样的频率下,他测试,事情可能会很糟糕。我看不出他们如何在 50-120 Hz 的频率下无法通过相同的测试,因为这是 IC 设计人员可能想到的非常常见的使用场景。

在频率和负载电流的某种组合下,所有线性稳压器是否都表现不佳(例如,纹波抑制小于 15dB)?假设其他条件不是非常糟糕,即不谈论 125°C 和/或输入电压触及压降区?与此相关的是,是否有线性 IC 设计,特别擅长抑制高达 500 kHz 的输入纹波?

4个回答

对于MCP1700, Dave 肯定是正确的。

这是数据表中的纹波抑制与频率图表:

在此处输入图像描述

数据表本身声称在 100Hz 时有 44dB 的纹波抑制,这与图表一致。

它还清楚地显示了它对高频噪声的处理能力有多差。

另一方面,LM317在至少 20kHz 时为您提供优于 50dB 的纹波抑制,然后变得更糟(尽管在超过 1MHz 之前它不会像 MCP1700 那样糟糕。)

在此处输入图像描述

我得出的结论是,如果开关电源的纹波引起干扰,那么仅仅使用线性稳压器不会自动解决您的问题。您需要查看线性稳压器的数据表,看看它在给定开关稳压器频率的情况下做了什么。


查看LM1117(也是 LDO)的数据表还显示,在超过 100kHz 时纹波抑制优于 40dB。

LM1117 的静态电流为 5mA,这符合 Spehro Pefhany 的想法,即问题在于低静态电流。

在此处输入图像描述

我不会概括为“LDO 稳压器在高频下不好”。

我只是把它留在“一些线性稳压器在高频下不好”。


戴夫绝对是挑剔的,但我认为(我还没有看过视频)这是为了说明你不能随便插入任何线性稳压器来清理你的开关稳压器。


我有机会观看视频。它是关于使用电容倍增器来减少纹波。开头的部分只是一个简短的介绍,用于解释为什么您可能需要寻找线性稳压器的替代品来消除纹波。

他没有深入探讨为什么以及哪些线性稳压器可能不够用,因为这只是介绍视频的主题。

概括:

  • 需要减少纹波
  • 人们经常使用线性稳压器
  • 它可能会失败(例如 MCP1700)
  • 这是另一种技术
  • 电容倍增器的详细描述(视频的主要部分)

这不能完全原谅 MCP1700 的性能不佳,但我认为您通常会发现非常低的 Iq 稳压器往往具有更差的高频 PSRR。

您不会期望具有非常低的静态电源电流(几 uA 或更少)的运算放大器在高频下非常有用,并且稳压器中的误差放大器也不例外(并且一些电流专用于参考,为误差放大器留的更少)。

例如,TI TPS7A05是一款 1uA Iq 稳压器,具有异常详细的 PSRR 数据:

在此处输入图像描述

比较 LDL212,其 PSRR 在 1kHz 时为 75dB,在 100kHz 时为 50dB,但 Iq 为 250uA。

我的做法是在 LDO 之前使用一个足够大的电容器来处理高频纹波,如果需要,在它之前使用一个小的 R 或 L,并依靠 LDO 来消除低频变化。这意味着这两个组件都以它们的“最佳”频率使用,并且我不需要任何一个都在没有很好指定的地方努力工作。

如果输入纹波低于 LDO 的压差电压,那么无论其纹波抑制规范如何,该纹波肯定会到达输出端。

这是特定零件的令人愉快的挑选功能。理想的 LDO 具有无限的 PSRR,那么真正的 LDO 会降低高频性能的限制因素是什么?

我建议您阅读本文以真正了解 LDO 中的噪声。阅读本文以了解 PSRR,不要混淆两者。这两者经常被混淆,人们常常会责怪带隙参考(主要噪声源)或其他非理想因素,但这是噪声而不是 PSRR!

我提到的第二篇文章非常详细,但本质上 PSRR 是由误差放大器的输出阻抗和传输元件的 Rds 的分压比决定的。这样想;如果下面的电路是理想的,则 FET 的栅极将被瞬间调制,并且没有任何电源纹波会通过。在实际设备中,输出阻抗 Zout 除以放大器的负增益(大约 100dB),使得 Zofb 看起来小得多。这个 Zofb 与 FET 的 Rds 的分压决定了我们在输出上看到的交流信号的比率。因此,放大器的魔力让 LDO 具有高 PSRR 额定值!

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