線性穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性優(yōu)化簡易方法-階躍響應(yīng)法

在大容量多層陶瓷電容器（以下簡稱“MLCC”）并不常見的時代開發(fā)出來的線性穩(wěn)壓器，當(dāng)在線性穩(wěn)壓器輸出端連接MLCC等低ESR的電容器時，可能會在線性穩(wěn)壓器反饋環(huán)路中發(fā)生相位延遲并引起振蕩。在這種情況下，可以在線性穩(wěn)壓器中通過與輸出電容器串聯(lián)插入電阻器并增加ESR使相位超前來避免振蕩。

確定要串聯(lián)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(rèn)相應(yīng)電路中的線性穩(wěn)壓器的實(shí)際相位裕度。但是，如果無法使用FRA，或者即使可以使用FRA卻由于輸出電壓固定型線性穩(wěn)壓器的反饋環(huán)路位于IC內(nèi)部而無法訪問，那么就無法通過FRA來測量相位裕度。其解決方案之一是使用階躍響應(yīng)法簡單確認(rèn)線性穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性并對其進(jìn)行優(yōu)化。

什么是階躍響應(yīng)法？

階躍響應(yīng)法是通過使輸出負(fù)載（輸出電流）急劇變化（階躍），用示波器一邊確認(rèn)此時的輸出電壓波動（即負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)特性），一邊調(diào)整為理想響應(yīng)特性的方法。盡管使用這種方法無法測量精確的相位和增益，但即或使用FRA，最終也必須觀察并確認(rèn)實(shí)際的階躍響應(yīng)情況。從這個意義上講，雖然涉及到實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，但是通過階躍響應(yīng)來確認(rèn)穩(wěn)定性的方法并不是沒有根據(jù)的。

下面是測試階躍響應(yīng)的電路示例。設(shè)置是比較容易的。將電子負(fù)載設(shè)備連接到線性穩(wěn)壓器的輸出端并使負(fù)載電流急劇變化，通過示波器監(jiān)測輸出電壓和負(fù)載電流。

如果沒有電子負(fù)載設(shè)備，也可以使用有晶體管開關(guān)的電路進(jìn)行測試。將函數(shù)信號發(fā)生器連接到N-ch MOSFET的柵極，并使晶體管快速ON/OFF。當(dāng)晶體管OFF時，電流為0A；當(dāng)晶體管ON時，流過VO÷RL的電流。

使負(fù)載電流以1A/μs的轉(zhuǎn)換速率從比如0A急劇變化到線性穩(wěn)壓器的最大輸出電流。受這種又大又急劇的電流階躍影響，輸出電壓基本上會發(fā)生波動，并在一段時間后穩(wěn)定下來。通過調(diào)整相應(yīng)的器件常數(shù)（在該示例的情況下，是電路圖中的RESR），來逐步優(yōu)化輸出電壓的波動幅度和達(dá)到穩(wěn)定所需的時間。

關(guān)鍵要點(diǎn):

?對于線性穩(wěn)壓器而言，當(dāng)使用MLCC等低ESR的電容器作為輸出電容器時，某些線性穩(wěn)壓器可能會發(fā)生振蕩。

?對于線性穩(wěn)壓器而言，在這種情況下，可以通過與輸出電容器串聯(lián)插入電阻器并增加ESR使相位超前來避免振蕩。

?確定要串聯(lián)插入的電阻值時，通常采用確認(rèn)其電路中線性穩(wěn)壓器的相位裕度的方法。

?當(dāng)無法測量相位裕度時，解決方案之一是使用階躍響應(yīng)法簡單確認(rèn)線性穩(wěn)壓器的穩(wěn)定性。

審核編輯：湯梓紅