Конденсаторы для AMS1117 для регулирования от 5В до 3,3В

Я хотел бы преобразовать регулируемые 5 В (от USB-порта) в регулируемые 3,3 В с помощью регулятора AMS1117. Поскольку входное напряжение уже регулируется, нужны ли для схемы какие-либо конденсаторы? Если да, то какой тип я должен использовать? Каких проблем мне следует ожидать, если я не буду их использовать? Может ли выходное напряжение быть менее стабильным, чем входное?

В таблице данных не содержится много информации о конденсаторах, но предлагается использовать танталовый выходной конденсатор емкостью 22 мкФ (в одной из двух таблиц данных, которые я видел, ничего не говорится о входном конденсаторе). Но я считаю, что мои условия просто намного проще, чем обычно, и я, вероятно, должен обойтись гораздо меньшим и, может быть, другим типом (например, керамическим?) или, может быть, вообще без него?

Я видел эти стабилизаторы в нескольких дешевых модулях преобразования напряжения, и я почти уверен, что ни в одном из них не использовались танталовые конденсаторы. Один из них, например, использует два 104 и два 106 (вероятно, по одному каждого типа для ввода и один для вывода), что кажется довольно произвольным. Это плохая инженерия или это нормально для большинства случаев? Как выбираются конденсаторы, если не следуя рекомендациям таблицы данных, а эмпирически?

Каковы ваши текущие требования? Будет много переходных пиков?
@JarrodChristman: я не уверен, что означает «много кратковременных пиков». Что это "много"? Я говорю о схеме с микроконтроллером stm32, несколькими мигающими светодиодами и несколькими простыми датчиками, без двигателей или других сильноточных устройств. Но лучший ответ был бы достаточно общим, чтобы я знал, что мне следует использовать, когда моя схема тоже меняется.
Обычно хорошо использовать керамический колпачок для развязки, потому что провод, по которому проходит напряжение, имеет некоторую индуктивность и может вызвать проблемы с подачей тока. Будьте осторожны, поскольку некоторые регуляторы указывают, что какой-либо конденсатор должен быть стабильным из-за их ESR (особенно если он регулятор LDO).
Придерживайтесь того, что написано в техпаспорте, это мой совет.
Извините за отсутствие конкретных терминов в моем вопросе. Как уже упоминалось, вам может понадобиться конденсатор для переходных/коротких пиков потребности в токе, в зависимости от того, что к нему подключено. Как правило, небольшой конденсатор хорош даже для регулируемых источников питания, просто для безопасности. Последнее, что вам нужно, это странное поведение микроконтроллера, проявляющееся из-за проблем с питанием.
@JarrodChristman: Но у меня есть развязывающие конденсаторы рядом с VCC моего микроконтроллера, которые уже должны компенсировать выбор тока микроконтроллера, верно?
Они должны быть рядом с регулятором.

Ответы (2)

1117 был клонирован многими производителями. В общем, если они говорят только о танатале (как это делает AMS), они, вероятно, скопировали какой-то старый даташит у кого-то другого. Посмотрите в даташитах других (кроме AMS). Например, LM1117 от TI имеет более подробную информацию:

Выходной конденсатор: Выходной конденсатор имеет решающее значение для поддержания стабильности регулятора и должен соответствовать требуемым условиям как по минимальной емкости, так и по ESR (эквивалентному последовательному сопротивлению). Минимальная выходная емкость, необходимая для LM1117-N, составляет 10 мкФ, если используется танталовый конденсатор. Любое увеличение выходной емкости просто улучшит стабильность контура и переходную характеристику. ESR выходного конденсатора должен находиться в диапазоне от 0,3 Ом до 22 Ом. В случае регулируемого регулятора, когда используется CADJ, требуется большая выходная емкость (22 мкФ, тантал).

И да, ESR выходного конденсатора имеет решающее значение для стабильности LDO, а не только для емкости. (Посмотрите в теге LDO некоторые недавние примеры на месте; в этом, в частности, есть следы прицела.) В этом отношении наиболее полезным является техническое описание NCP1117:

Частотная компенсация регулятора обеспечивается конденсатором Cout, и его использование обязательно для обеспечения стабильности выходного сигнала. Требуется минимальное значение емкости 4,7 мкФ с эквивалентным последовательным сопротивлением (ESR), которое находится в пределах от 33 мОм (тип.) до 2,2 Ом. См. рисунки 12 и 13. Тип конденсатора может быть керамическим, танталовым или алюминиевым электролитическим, если он соответствует минимальному значению емкости и предельным значениям ESR во всем диапазоне рабочих температур схемы. Более высокие значения выходной емкости могут использоваться для повышения стабильности контура и переходной характеристики с дополнительным преимуществом снижения выходного шума.

[выделено мной]. В этой таблице данных есть хорошие графики, которые показывают взаимозависимость этих двух параметров выходного конденсатора (ESR и емкости):

введите описание изображения здесь

Теперь в техническом описании AMS1117 ничего не говорится об ESR, так что вы можете поверить, что их ESR благочестив и не будет колебаться независимо от этого, но я сомневаюсь, что это на самом деле так. Это все, что они говорят, между прочим:

Схема, используемая в серии AMS1117, требует использования выходного конденсатора как части частотной компенсации устройства. Добавление твердого тантала емкостью 22 мкФ на выходе обеспечит стабильность при любых условиях эксплуатации. Когда клемма регулировки зашунтирована конденсатором для улучшения подавления пульсаций, требования к выходному конденсатору возрастают. Значение тантала 22 мкФ покрывает все случаи обхода клеммы настройки. Без обхода регулировочной клеммы конденсаторы меньшего размера можно использовать с такими же хорошими результатами. Для дальнейшего улучшения стабильности и переходной характеристики этих устройств можно использовать выходной конденсатор большей емкости.


Теперь относительно

На самом деле «Начало работы с STM32F030xx» рекомендует использовать конденсатор 4,7 мкФ между VCC и GND (в дополнение к некоторым 100 нФ), что ненамного меньше рекомендуемого.

Это для развязки самого STM32F

Кроме того, каждая пара источников питания должна быть развязана фильтрующим керамическим конденсатором емкостью 100 нФ и химическим конденсатором емкостью около 4,7 мкФ, подключенными между выводами питания устройства STM32F030. Эти конденсаторы должны быть размещены как можно ближе или ниже соответствующих контактов на нижней стороне печатной платы.

Между MCU и регулятором у вас может быть нетривиальная индуктивность. Профессионалы моделируют плату в довольно дорогом симуляторе электромагнитного поля, чтобы выяснить, насколько именно. Если вы не можете себе этого позволить, вы должны следовать эмпирическим правилам из спецификаций производителей ИС.

Обратите внимание, что это моделирование ЭМ относится только к влиянию платы, оно не включает в себя такие вещи, как стабильность регуляторов напряжения. И если вы поместите два чипа и их конденсаторы очень близко друг к другу, отсутствие индуктивности/сопротивления дорожки между ними может на самом деле быть проблемой для стабильности LDO: емкость, которую он видит, растет (видит конденсаторы параллельно), но ESR падает (резисторы параллельно). Это переместит вас влево на графике на рис. 12 выше. Вот почему в конечном счете ничто не заменит реальное прототипирование.

Я думаю, вы также ответили на другой мой вопрос, который я хотел задать - насколько похожи все разные чипы 1117. Судя по тому, что вы написали, вроде бы они все одинаковые физически. Мой комментарий о развязке STM32 был сделан в ответ на предложение использовать выходной конденсатор для борьбы с короткими пиками потребления тока, которые, как я думаю, будут удовлетворены конденсаторами. Я нуб и не планирую когда-либо становиться профессионалом, это просто хобби, поэтому я не думаю, что когда-нибудь буду использовать такой симулятор :)

Развязывающие колпачки MCU обычно имеют размер 0,1 мкФ. Это в 200 раз меньше рекомендуемого предела мощности. Это должно вам кое-что сказать.

Как правило, поскольку у вас есть регулируемый выход 5 В, близкий к входу 3,3 В (1 дюйм), вы можете пропустить входную крышку (совместно с выходной крышкой 5 В). Но настоятельно рекомендуется придерживаться чего-то близкого к рекомендуемому пределу выходной мощности. Редко бывает время, когда вы не должны его вставлять.

На самом деле «Начало работы с STM32F030xx» рекомендует использовать конденсатор 4,7 мкФ между VCC и GND (в дополнение к некоторым 100 нФ), что ненамного меньше рекомендуемого. Кроме того, я читал, что выходной конденсатор предназначен не для фильтрации, а для стабильности контура.