Selección del condensador de salida LDO y consideración de ESR

Para una aplicación simple de un regulador de voltaje con entrada de 5 V y salida de 3,3 V, estoy viendo estos tres reguladores.

1)AP2127K-3.3TRG1

2)MIC5504-3.3YM5-TR

3)TLV73333PDBVR

Todos tienen diferentes requisitos de condensador de salida.

Regulador #1 (AP2127K-3.3TRG1) Dice lo siguiente en la hoja de datos:

"Compatible con condensador cerámico de baja ESR: 1 μF para CIN y COUT"

Y también tiene este gráfico de rango de estabilidad para un límite de salida de 4.7uF

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Para mí, "condensadores cerámicos de bajo ESR" significa condensadores cerámicos con un ESR mucho más bajo que 100 mOhms. ¿A qué frecuencia se refiere esta parte también para sus clasificaciones de ESR?

El regulador número 2 (MIC5504-3.3YM5-TR) dice esto en la hoja de datos.

"El regulador requiere un condensador de salida de 1 uF o más para mantener la estabilidad. El diseño está optimizado para su uso con condensadores de chip de cerámica de baja ESR. No se recomiendan los condensadores de alta ESR porque pueden causar oscilaciones de alta frecuencia".

"Estable con condensadores cerámicos de salida de 1uF"

No vi ningún rango de ESR exacto especificado. ¿Qué quiere decir esto? "VSG baja". El regulador número 1 parece pensar que está por encima de los 100 mOhms.

El regulador número 3 (TLV73333PDBVR) dice esto en la hoja de datos.

"La serie TLV733 está diseñada con una arquitectura moderna sin condensador para garantizar la estabilidad sin un condensador de entrada o salida".

Esto significa que el circuito de control del regulador es estable con 0 tapas de ESR y puedo poner cualquier tapa de cerámica que quiera allí.

"Sin embargo, la serie TLV733 también es estable con capacitores de salida cerámicos si se necesita un capacitor de salida".

Dado que todos son el mismo paquete de PCB, me gustaría proporcionar números de pieza alternativos para el que elijo, pero el límite de salida tiene que funcionar con todos ellos.

Preguntas:

1) ¿A qué frecuencias se refieren las hojas de datos cuando califican el valor de ESR? Los reguladores 1 y 2 parecen tener opiniones diferentes. La hoja de datos de AVX Corp enumera todas las tapas de tantalio ESR a 100 kHz. ¿Es esta la frecuencia estándar de la industria para las clasificaciones LDO ESR también?

2) He leído las notas de la aplicación que dicen que no se deben usar tapas de derivación de 0.1uF en la salida porque puede terminar con el polo y el cero cancelándose entre sí y el regulador podría terminar inestable. Pero la mayoría de los esquemas que veo tienen uno. ¿Es esto porque el diseñador calcula cuál es el cero y el polo o esto normalmente se hace por error?

3) Dado que el regulador n.° 2 dice que no se usen límites de ESR altos, ¿eso significa que los reguladores n.° 1 y n.° 2 no pueden usar el mismo límite de salida? ¿Dado que el n.° 1 requeriría una ESR mínima mayor que la ESR máxima del n.° 2? Aunque el #2 no especifica el rango de ESR.

Respuestas (1)

¿A qué frecuencia se refiere esta parte también para sus clasificaciones de ESR?

y

1) ¿A qué frecuencias se refieren las hojas de datos cuando califican el valor de ESR? Los reguladores 1 y 2 parecen tener opiniones diferentes. La hoja de datos de AVX Corp enumera todas las tapas de tantalio ESR a 100 kHz. ¿Es esta la frecuencia estándar de la industria para las clasificaciones LDO ESR también?

El problema con 'low ESR' es un término de marketing nebuloso, si está realmente interesado en encontrar cuál es el ESR para el capacitor, debe conocer la frecuencia y la impedancia del capacitor. Por lo general, eso significa realmente buscar en la hoja de datos de los condensadores o solicitar información de impedancia del fabricante (a pedido, me refiero a buscar la información en su sitio web)

Por lo general, significan de 10 kHz a 100 kHz, pero esto puede variar de LDO a LDO; no existe un estándar de la industria. Es del circuito de control de voltaje y varía de un diseño a otro.

Entonces, desde una perspectiva de diseño, esto significa buscar en la hoja de datos y encontrar la ondulación y la ESR del capacitor que usaron y asegurarse de que la ESR sea inferior a ese valor. Así que buscaría el condensador ESR más bajo que esté disponible en el mercado y lo incluiría en su diseño. ¿Cómo haces eso? compare algunos condensadores y encuentre el que tenga la mejor curva de impedancia o una curva de impedancia más baja que los condensadores recomendados.

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De la estabilidad ESR y el regulador LDO

El gráfico de ESR de un capacitor se ve como el que se muestra a continuación, en algunos fabricantes puede comparar estos valores. o encuéntrelos en las hojas de datos para tener una idea de la ESR.

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2) He leído las notas de la aplicación que dicen que no se deben usar tapas de derivación de 0.1uF en la salida porque puede terminar con el polo y el cero cancelándose entre sí y el regulador podría terminar inestable. Pero la mayoría de los esquemas que veo tienen uno. ¿Es esto porque el diseñador calcula cuál es el cero y el polo o esto normalmente se hace por error?

Recuerde que la inestabilidad solo es un problema si tiene cargas transitorias y en el rango de frecuencia de interés. En lugar de preocuparse tanto por la ESR, debería preocuparse por la ondulación y en qué condiciones puede ocurrir. Si tiene cargas transitorias (especialmente transitorias de 1kHz a 1Mhz, consulte el gráfico anterior) y le preocupa la ondulación, entonces debe preocuparse por la ESR. Si la ondulación no es una preocupación, no se preocupe.

El fabricante está tratando de garantizar sus especificaciones de ondulación, no quieren que los ingenieros les digan que sus productos son defectuosos porque hay demasiada ondulación en frecuencias más altas.

Si realmente quieres saber de dónde viene el poste:

El polo está en frecuencias más altas (como se muestra en el gráfico anterior, que se aplica a la mayoría de los reguladorespero no todos). Dicho de otra manera, el sistema debe tener suficiente margen de fase, es decir, la cantidad de cambio de fase restante hasta 360° grados cuando la ganancia es de 0 dB. Dado que cada polo contribuye con 90° de cambio de fase y 20dB/década (o –1) de atenuación en la ganancia, un sistema tripolar de alta ganancia requiere compensación para ser estable. Un regulador es condicionalmente estable (es decir, tiene suficiente margen de fase) si la curva de ganancia de lazo abierto cae a 20 dB/década (es decir, como un sistema de un solo polo) antes de cruzar 0 dB. El método más común de compensación es insertar un cero en el sistema para cancelar el cambio de fase y caída de uno de los polos. Dado que un LDO ya requiere un capacitor de salida para su funcionamiento normal, usar el ESR del capacitor de salida suele ser el método más simple y menos costoso para generar este cero.

También de la estabilidad ESR y el regulador LDO

3) Dado que el regulador n.° 2 dice que no se usen límites de ESR altos, ¿eso significa que los reguladores n.° 1 y n.° 2 no pueden usar el mismo límite de salida? ¿Dado que el n.° 1 requeriría una ESR mínima mayor que la ESR máxima del n.° 2? Aunque 2 no especifica el rango de ESR.

Podría, si tienen diferentes tipos de bucles de control, entonces podría tener un problema al especificar el mismo capacitor. Simplifique su vida, pruebe algunos LDO, colóquelos en la placa en cuestión (con el mismo condensador) y mida la ondulación en funcionamiento. Utilice un condensador con una ESR razonablemente baja

Siempre habrá corrientes transitorias, en todas las frecuencias, debido al ruido térmico dentro del regulador.
Seguro. Por transitorio, me refiero a grandes cargas de conmutación con un gran porcentaje de la salida del LDO.
En la hoja de datos del regulador LDO para el ST Micro: pieza LD2980CM50TR, dice "(consulte la Figura 18 y la Figura 19... teniendo en cuenta que la ESR de los condensadores cerámicos se ha medido a 100 kHz)". Y el gráfico de estabilidad muestra que el rango de estabilidad es de 0,05 ohmios a aproximadamente 5 ohmios. Digamos que tengo grandes cargas transitorias a 100 KHz por alguna razón, la hoja de datos dice "compatible con condensadores de salida ESR bajos". ¿Cómo es 0.05 ESR bajo? Tengo dificultades para encontrar una tapa de cerámica de 3,3 uf-10 uF de 16 V con una ESR superior a 0,01 ohmios a 100 KHz. ¿Esperan que todos usen una resistencia en serie?
@VoltageSpike: escribe que uno "debería preocuparse por la ondulación" cuando usa reguladores lineales. ¿Podría explicar qué quiere decir con "ondulación" en este contexto? Mi comprensión del término "ondulación" en relación con el regulador lineal es basura que ingresa al regulador, ya que los reguladores lineales no producen ondulación por sí mismos. Esta ondulación (entrante) es amortiguada por el regulador hasta cierto punto. Gracias.