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2021.07.14 DC/DC

階躍響應法

線性穩壓器的簡易穩定性優化方法

在大容量多層陶瓷電容(以下簡稱“MLCC”)並不常見的時代研發出來的線性穩壓器,當在線性穩壓器輸出端連接MLCC等低ESR的電容時,可能會在線性穩壓器回饋環路中發生相位延遲並引起振盪。在這種情況下,可以在線性穩壓器中透過與輸出電容串聯插入電阻並增加ESR使相位超前來避免振盪。

確定要串聯插入的電阻值時,正確方法是使用頻率特性分析儀(FRA)來確認相應電路中的線性穩壓器的實際相位裕度。但是,如果無法使用FRA,或者即使可以使用FRA卻由於輸出電壓固定型線性穩壓器的回饋環路位於IC內部而無法到達,那麼就無法透過FRA來測量相位裕度。其解決方案之一是使用階躍響應法簡單確認線性穩壓器的穩定性並對其進行優化。

什麼是階躍響應法?

階躍響應法是透過使輸出負載(輸出電流)急遽變化(階躍),用示波器一邊確認此時的輸出電壓波動(即負載暫態響應特性),一邊調整為理想響應特性的方法。儘管使用這種方法無法測量精確的相位和增益,但即便使用FRA,最終也必須觀察並確認實際的階躍響應情況。從這個意義上講,雖然涉及到實驗基礎,但是透過階躍響應來確認穩定性的方法並不是沒有根據的。

下面是測試階躍響應的電路範例。設定是比較容易的。將電子負載裝置連接到線性穩壓器的輸出端並使負載電流急遽變化,透過示波器監測輸出電壓和負載電流。

如果沒有電子負載裝置,也可以使用有電晶體切換的電路進行測試。將函數訊號產生器連接到N-ch MOSFET的閘極,並使電晶體快速ON/OFF。當電晶體OFF時,電流為0A;當電晶體ON時,流過VO÷RL的電流。

使負載電流以1A/µs的轉換速率從0A急遽變化到線性穩壓器的最大輸出電流。受這種又大又急遽的電流階躍影響,輸出電壓基本上會發生波動,並在一段時間後穩定下來。透過調整相應的元件常數(在該範例的情況下,是電路圖中的RESR),來逐步優化輸出電壓的波動幅度和達到穩定所需的時間。

重點:

・對於線性穩壓器而言,當使用MLCC等低ESR的電容作為輸出電容時,某些線性穩壓器可能會發生振盪。

・對於線性穩壓器而言,在這種情況下,可以透過與輸出電容串聯插入電阻並增加ESR使相位超前來避免振盪。

・要確定串聯插入的電阻值時,通常採用確認其電路中線性穩壓器的相位裕度的方法。

・當無法測量相位裕度時,解決方案之一就是使用階躍響應法簡易確認線性穩壓器的穩定性。

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