为什么低压差 (LDO) 稳压器不稳定?

电器工程 控制系统 我愿意 稳定
2022-01-09 05:23:24

基于 P 型晶体管的 LDO 稳压器似乎是当今线性稳压器的首选形式,但我一直听到我必须仔细选择输出电容器以保证稳定性。带有 N 型晶体管的老式高压差稳压器似乎没有这个问题。是什么导致 LDO 不稳定?是P型晶体管吗?\$V_{in}\$ 和 \$V_{out}\$ 之间的较小差异?两个都?或者完全是别的什么?为什么输出电容的 ESR 如此重要?

2个回答

LDO 是一个控制回路。和所有控制回路一样,总是存在不稳定的空间。

那么如何使控制回路稳定呢?

  1. 您提供足够的相位裕度(与增益穿过 0 dB 轴和 180 dB 轴时的相位差)。
  2. 越过 0dB 轴时,开环图的斜率应为 -20db/dec
  3. 提供足够的增益裕度

如果您查看 LDO 的典型开环响应,它可能看起来像这样

在此处输入图像描述

有许多极。

  1. 误差放大器极点 - 由于放大器的极点
  2. 负载极点 - 由于输出电容和负载而产生的极点
  3. 寄生极点 - 通常在通路元件内(此图中未显示)。

这张图片中也有一个零。

  1. ESR 零 - 由于输出电容导致的零

如果您查看稳定循环的第 2 点,则表明斜率应为 -20db/dec。

好吧,如果……零不存在怎么办。这意味着当它达到 0db 时的斜率是 -40db(由于前两个极点)。不稳定。

在 0db 轴之前添加一个零,使系统稳定。

向系统添加零的最简单方法是通过电容器的 ESR。无论如何你都需要一个电容器,所以你在这里用一块石头杀死两只鸟。

ESR 很重要,因为它控制零的位置。它应该足够低,以便您在穿过 0db 轴时可以获得 -20db/dec,但又足够低,以便在下一个极点之前增益低于 0 dB(通常是由于寄生效应)。

带有 N 型晶体管的老式高压差稳压器似乎没有这个问题。

答案如下:用作控制元件的npn型晶体管以共集电极配置工作(集电极电位必须高于发射极电位)。相反 - 如图所示(由 efox29 提供) - pnp 类型具有集电极电阻(分压器)并用作具有增益的反相共发射极放大器。因此,非投资。运算放大器输入连接到分压器链(用于总负环路增益)。

这意味着:带有发射极电阻的 npn 晶体管用作射极跟随器,其同相增益小于单位(并且必须使用反相运算放大器输入端)。关于稳定性,重要的是要认识到,与 pnp 情况相比,总环路增益要小得多。结果,稳定性问题减少(甚至消失)。然而,作为一个缺点,较小的环路增益会降低整个 LDO 的调节特性。