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滤波电容器的选择标准在线性稳压器中的应用

2014-08-051480

主极点补偿器

      1.用一个理想的电容CDP 和一系列理想的电阻RDP 代替CBULK_INITIAL。
      2.设定CDP 值为大于两倍CPDN 的最小E3 数值。
      3.设定RDP 初始值为1mΩ。
      4.以1.4 倍的步进增加RDP 的值,重复瞬态仿真直到瞬态振铃周期在1.5 周期内。
      5.选择一个合适的具有最小的等效串联电阻的电容,数值介于RDP 和4 倍RDP 之间。或者,放入一个同样范围的分离电阻与积层陶瓷晶片电容串联。
      6.对最终选择进行仿真。

瞬态仿真

设置任何形式的SPICE 模型都可以进行瞬态仿真,包括免费的LT SPICE Linear Technology 和TI / National 提供的WebBench。

图 2 电压调节模块瞬态仿真设置图


        这个仿真计算了负载瞬态稳定性。一个理想的电压原来为电压调节模块供电,电压调节模块加载一个脉冲式电流源,脉冲宽度应该与电压调节模块制造商数据单上的测试波形相匹配。然而50us 的脉冲宽度重复一次之后到100us 也是可以的。脉冲上升下降时间不得超过1/(10 F0dB ),如果明确负载响应,F0dB 是负载响应的0dB 截距;如果负载响应不明确,则F0dB 是扰动能力的0dB 截距。除了最高带宽线性稳压器外,100ns 通常都是适用的。

 设计实例

        我们以目前流行的Linear Technology Inc. 的三端稳压器LT1083 作为设计实例。该稳压器为一个3.3V 的稳压器,推荐使用1uf 的频率补偿电容和一个10uf 的不明确的钽电容器作为大容量电容器。10uf 钽电容器可适用在25 mΩ 至10 Ω 的不同形式的等效串联电阻情况下。数据表和应用说明没有提供更进一步的指导。不充足的等效串联电阻导致振铃现象和缓慢的瞬态恢复。过量的等效串联电阻导致过量的瞬态电压。

        在实例中,高频率公共数据网络被一家主要生产积层陶瓷晶片电容的厂家的24 个470nf 0402 X5R 电容代替,这些电容在电源层上附加了电感。24 个470nf 电容在一起的CPDN 超过了制造商推荐的10uf。开始时并没有包括大容量电容,图3 的瞬态响应结果展示了实际的振铃现象。我们需要增加主极点补偿。

图 3 初始的公共数据网络瞬态响应

根据设计步骤,我们首先选择一个E3 电容值至少为公共数据网络并联电容的两倍,22uf 是合适的选择。然后,我们改变等效串联电阻的大小重复进行瞬态仿真,直到充分地抑制了瞬态振铃。我们发现32 mΩ 是最小的等效串联电阻。在图四中看到,补偿响应在最大振幅处以接近50% 的衰减速度迅速下降。


 图 4 补偿响应

我们可以选择几种替代电容器来实现主导极点补偿网络:
       22uf 积层陶瓷晶片电容与35mΩ 厚膜电阻串联。预计花销:$0.20
       22uf 、40mΩ 的铝聚合物贴片电容器。预计花销:$0.45
       22uf 、40mΩ 的钽聚合物贴片电容器。预计花销:$1.33

总结

  电压调节模块基本上是反馈控制系统。当电压调节模块的频率响应中互联阻抗很低时,整个公共数据网络是强耦合并被加载到电压调节模块上,减少了要求的大容量电容,同时存在不稳定的响应。通过一个简单的模拟驱动程序,利用紧凑和低成本的解决方案,可以获得理想的电压调节模块响应。

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