選擇保障線性穩(wěn)壓器穩(wěn)定度的ESR

輸出穩(wěn)定度對(duì)于任何電源設(shè)計(jì)而言都是一項(xiàng)關(guān)鍵問(wèn)題。由于線性穩(wěn)壓器簡(jiǎn)單易用（多數(shù)線性穩(wěn)壓器只有三個(gè)插腳），所以很容易忘記這一點(diǎn)的重要性。雖然目前具有許多能夠確保輸出穩(wěn)定的技術(shù)，但最簡(jiǎn)單且最經(jīng)濟(jì)有效的方案是添加或使用輸出電容器的等效串聯(lián)電阻（ESR）。

此處以帶5V輸出的低壓差正可調(diào)穩(wěn)壓器LM1084為例。LM1084能夠?yàn)樨?fù)載提供的電流為5A，它在可能存在大電流尖峰時(shí)能夠發(fā)揮作用。它還是一種準(zhǔn)穩(wěn)壓器，即傳輸晶體管是一種由PNP晶體管驅(qū)動(dòng)的單NPN晶體管，如圖1中所示。因其內(nèi)部架構(gòu)所需，準(zhǔn)穩(wěn)壓器的輸出電容器中一般需要部分ESR來(lái)確保穩(wěn)定度。

圖1：準(zhǔn)穩(wěn)壓器內(nèi)部簡(jiǎn)化示意圖

一般來(lái)說(shuō)，鉭電容器和電解電容器的ESR足以確保穩(wěn)定度，但由于設(shè)計(jì)的空間要求越來(lái)越受限，因此尺寸較小的陶瓷電容器成為了理想選擇。由于陶瓷電容器幾乎不存在任何ESR，因此添加外部串聯(lián)電阻只是用來(lái)模擬其行為。在本文中，我將使用LM1084來(lái)演示如何估算輸出中的最佳ESR值以及如何在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)試其有效性。

測(cè)試穩(wěn)定度的方法

測(cè)試穩(wěn)定度的傳統(tǒng)方法是借助頻率響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)分析儀，將一個(gè)小的正弦信號(hào)引入反饋環(huán)路中并測(cè)量增益和相位響應(yīng)交叉頻率。這種方法需要切斷反饋環(huán)路，因此通常無(wú)法對(duì)反饋環(huán)路內(nèi)置于集成電路(IC)中的固定輸出穩(wěn)壓器進(jìn)行測(cè)試。這種方法設(shè)置起來(lái)較為繁瑣，需要額外的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，而且預(yù)防措施采取不當(dāng)還可能會(huì)造成誤差。

簡(jiǎn)單的方法是進(jìn)行負(fù)載瞬態(tài)測(cè)試，然后觀察輸出的振鈴。圖2是設(shè)置實(shí)例，能夠?yàn)?V的穩(wěn)壓器輸出提供50mA~1A的負(fù)載瞬態(tài)。函數(shù)發(fā)生器向N溝道FET的柵發(fā)送矩形波。當(dāng)N溝道FET被驅(qū)動(dòng)時(shí)，總負(fù)載電阻的有效值為5Ω。當(dāng)N溝道FET沒有被驅(qū)動(dòng)時(shí)，負(fù)載電阻為100Ω，剛好可以滿足最小負(fù)載要求。

圖2：負(fù)載瞬態(tài)測(cè)試設(shè)置

觀察輸出振鈴

可通過(guò)觀察負(fù)載瞬態(tài)的輸出振鈴來(lái)判定穩(wěn)壓器是否穩(wěn)定。圖3是帶有陶瓷輸出電容器和未添加外部ESR的LM1084的示意圖。圖4是其負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。如圖4中所示，存在振鈴過(guò)量的情況，您可為輸出電容器添加部分ESR來(lái)進(jìn)行抑制。但需要添加多少ESR呢？

圖3：LM1084示意圖—無(wú)ESR

圖4：負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)—無(wú)ESR

ESR值的計(jì)算

您可以通過(guò)方程1測(cè)得恰當(dāng)?shù)腅SR的值：

該方程可以計(jì)算出輸出振鈴或振蕩頻率為零時(shí)的最小ESR。負(fù)載瞬態(tài)測(cè)試時(shí)，輸出振鈴頻率提示0db交點(diǎn)接近該頻率，因此需要稍微提升相位限度來(lái)抑制輸出響應(yīng)。在該頻率時(shí)設(shè)置為零即可提升您所需的相位限度。下面我們按照?qǐng)D3和圖4中的示例進(jìn)行計(jì)算。

圖4中的振蕩頻率約為50kHz，輸出陶瓷電容為22μF。將這些數(shù)字代入方程1中，即可得出ESR的最小值為145mΩ：

將145mΩ的ESR添加到輸出響應(yīng)中，其作用如下。圖5是添加了ESR的示意圖，圖6顯示了負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。雖然振鈴已消除，但會(huì)產(chǎn)生副作用，即有效輸出電容會(huì)隨著ESR的增加而減少，因此電容器的電阻會(huì)越來(lái)越大，從而導(dǎo)致原始輸出的跌落更大。

圖5：LM1084示意圖—帶ESR

圖6：負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)—帶ESR

綜上所述，只需添加一個(gè)外部電阻即可抑制線性穩(wěn)壓器造成的輸出振鈴。若該電阻中帶有陶瓷電容，那么就會(huì)非常有用。計(jì)算方法很簡(jiǎn)單，測(cè)試和驗(yàn)證穩(wěn)定度時(shí)需要用到的設(shè)備很少。

審核編輯：郭婷