Почему стабилизаторы напряжения с малым падением напряжения (LDO) нестабильны?

LDO - это контур управления. И, как и во всех контурах управления, всегда есть место нестабильности.

Так как же сделать контур управления устойчивым?

1. Вы обеспечиваете достаточный запас по фазе (разница в фазе, когда усиление пересекает ось 0 дБ и 180.
2. Наклон графика без обратной связи должен составлять -20 дБ/дек при пересечении оси 0 дБ.
3. Обеспечьте достаточную маржу усиления

Если вы посмотрите на типичный отклик LDO без обратной связи, он может выглядеть так:

Есть ряд полюсов.

1. Error amp pole - полюс из-за усилителя
2. Полюс нагрузки - полюс из-за выходного конденсатора и нагрузки
3. Паразитный полюс - обычно внутри проходного элемента (на этом изображении не показан).

В этом изображении также есть один ноль.

1. ESR Zero - ноль из-за выходного конденсатора

Если вы посмотрите на точку 2 стабильной петли, там написано, что наклон должен быть -20 дБ/дек.

Ну, а если... нуля никогда не было. Это означает, что наклон, когда он достигает 0 дБ, составляет -40 дБ (из-за двух предыдущих полюсов). Нестабильность.

Добавление нуля перед осью 0 дБ делает систему стабильной.

Проще всего добавить ноль в систему через ESR конденсатора. В любом случае вам нужен конденсатор, так что вы убиваете двух зайцев одним выстрелом.

ESR имеет значение, потому что он контролирует размещение нуля. Он должен быть достаточно низким, чтобы вы могли получить -20 дБ/дек при пересечении оси 0 дБ, но достаточно низким, чтобы усиление было ниже 0 дБ перед следующим полюсом (обычно из-за парастики).

« Старые стабилизаторы с большим падением напряжения на транзисторах N-типа, по-видимому, не имели этой проблемы » .

Ответ таков: Транзистор типа npn, используемый в качестве управляющего элемента, работает по схеме с общим коллектором (потенциал коллектора должен быть выше, чем у эмиттера). Напротив, как показано на рисунке (предоставленном efox29), тип pnp имеет сопротивление коллектора (делитель напряжения) и работает как инвертирующий усилитель с общим эмиттером с коэффициентом усиления. Следовательно, неинв. Вход операционного усилителя подключен к цепочке делителя (для полного отрицательного усиления контура).

Это означает: npn-транзистор с эмиттерным резистором работает как эмиттерный повторитель с неинвертирующим коэффициентом усиления меньше единицы (и необходимо использовать инвертирующий вход операционного усилителя). Что касается стабильности, важно понимать, что, следовательно, общее усиление контура намного меньше по сравнению со случаем pnp. Как следствие, проблемы со стабильностью уменьшаются (или даже исчезают). Однако недостатком является то, что меньший коэффициент усиления контура снижает регулирующие свойства всего LDO.