電壓調(diào)節(jié)器的負載瞬態(tài)響應測試，第三部分

電容器在調(diào)節(jié)器響應中的作用

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其高頻響應。您應該仔細考慮電容器的電介質(zhì)、值和位置，因為它們會極大地影響穩(wěn)壓器特性。C OUT主導調(diào)節(jié)器的動態(tài)響應;C IN的重要性要小得多，只要它不低于穩(wěn)壓器的壓降點即可。圖 16顯示了一個典型的穩(wěn)壓器電路，并強調(diào)了 C OUT及其寄生生物。寄生電感和電阻會限制電容器在頻率下的有效性。電容器的電介質(zhì)和值顯著影響負載階躍響應。穩(wěn)壓器輸出走線運行中的“隱藏”寄生阻抗累積也會影響穩(wěn)壓特性，盡管您可以通過遠程感應和分布式電容旁路將寄生效應降至最低。

圖 16 C OUT主導調(diào)節(jié)器的動態(tài)響應;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)顯著影響負載階躍響應。過大的走線阻抗也是一個因素。

圖 17顯示了圖 16的電路響應(跡線 B)到 0.5A 負載階躍偏置在 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極大地擴展了水平時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運行與圖 17相同的測試，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對圖 16 電路(跡線 A)的階躍 0.5A 負載導致跡線 B 的穩(wěn)壓器輸出。低損耗電容器的使用促進了受控的輸出偏移。

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

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/格時表現(xiàn)相似。

圖 20水平擴展表明，“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導致走線之間的時間偏移。

在 10 μsec/div 時，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 的輸出響應瞬態(tài)降低 40% 。圖 23進一步增加了一個低損耗的 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% 的輸出響應瞬態(tài)。

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

教訓很清楚：電容值和介電質(zhì)量對瞬態(tài)負載響應有顯著影響。在指定之前嘗試!

上升時間與調(diào)節(jié)器響應

閉環(huán)負載瞬態(tài)發(fā)生器還允許研究高速調(diào)節(jié)時的負載瞬態(tài)上升時間。圖 24顯示了圖 16的電路 (C IN =C OUT =10 μF)，響應于 0.1A 直流負載 (Trace A) 上的 0.5A、100-ns 上升時間階躍。響應衰減(曲線 B)在 75 mV 處達到峰值，并出現(xiàn)以下一些畸變。減少跡線 A 的負載階躍上升時間(圖 25)幾乎使跡線 B 的響應誤差增加一倍，隨之而來的跟隨畸變也擴大了。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(跡線 B)對 C OUT的 100 納秒上升時間電流階躍(跡線 A)為10 μF。響應衰減峰值為 75 mV。

圖 25更快的上升時間電流階躍(跡線 A)將響應衰減峰值(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。緩慢的負載瞬態(tài)可能會不公平地使糟糕的穩(wěn)壓器看起來不錯。暫態(tài)負載測試不表明在穩(wěn)壓器帶寬之外有一些響應是值得懷疑的。

英特爾嵌入式存儲器穩(wěn)壓器提供了一個很好的實用示例，說明了穩(wěn)壓器負載階躍性能的重要性。存儲器需要 1.8V 電源，通常從 3V 下調(diào)。雖然目前的要求相對適中，但電源容差很嚴格。表 1顯示從 1.8V 僅允許 0.1V 偏移，包括所有直流和動態(tài)誤差。LTC1844-1.8 穩(wěn)壓器在 31.5mV 時具有 1.75% 的初始容差，僅留下 68.5mV 的動態(tài)誤差容限。圖 26顯示測試電路。內(nèi)存控制線移動會導致 50mA 負載瞬變，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可選的外部電容器一起工作以實現(xiàn)低輸出噪聲。然而，該應用不需要它，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，請為 C IN使用一個高級 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 嵌入式存儲器穩(wěn)壓器必須保持 0.1V 誤差帶?？刂凭€移動會導致 50mA 負載階躍，因此需要注意 C OUT選擇。

負載瞬態(tài)發(fā)生器提供圖 27的輸出負載測試步驟(跡線 A)。該測試使用圖 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，一個低等級的 10-μF 或 1-μF，就此而言，電容器會產(chǎn)生圖 29的不受歡迎的驚喜。在下降沿可觀察到 100 mV 時，兩個邊沿都會出現(xiàn)嚴重的峰值誤差。(照片顯示了 Trace B 后半部分的強化版本，以幫助清晰。)這個數(shù)字遠遠超出了錯誤預算，會導致不可靠的內(nèi)存操作(參考 4、參考 5和參考 6)。

圖 27 50mA 負載階躍(曲線 A)導致 30mV 穩(wěn)壓器響應峰值，比誤差預算要求好兩倍。C OUT是一個低損耗的 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低等級的 10-μ FC OUT導致 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，示波器照片增強了軌跡的后半部分。