电压调节器的负载瞬态响应测试，第三部分

电容器在调节器响应中的作用

该稳压器在其输入 (C IN ) 和输出 (C OUT )处使用电容器来增强其高频响应。您应该仔细考虑电容器的电介质、值和位置，因为它们会极大地影响稳压器特性。C OUT主导调节器的动态响应;C IN的重要性要小得多，只要它不低于稳压器的压降点即可。图 16显示了一个典型的稳压器电路，并强调了 C OUT及其寄生生物。寄生电感和电阻会限制电容器在频率下的有效性。电容器的电介质和值显着影响负载阶跃响应。稳压器输出走线运行中的“隐藏”寄生阻抗累积也会影响稳压特性，尽管您可以通过远程感应和分布式电容旁路将寄生效应降至最低。

图 16 C OUT主导调节器的动态响应;C IN的重要性要小得多。寄生电感和电阻限制了电容器在频率下的有效性。电容器的值和电介质显着影响负载阶跃响应。过大的走线阻抗也是一个因素。

图 17显示了图 16的电路响应(迹线 B)到 0.5A 负载阶跃偏置在 0.1A dc(迹线 A)上，C IN =C OUT =10 µF。该电路采用低损耗电容器，从而使迹线 B 的输出得到良好控制。图 18极大地扩展了水平时间尺度以研究高频行为。调节器输出偏差(曲线 B)是平滑的，没有突然的不连续性。图 19运行与图 17相同的测试，使用的输出电容器声称与图 17 使用的电容器“等效”。

图 17 C IN =C OUT =10 µF对图 16 电路(迹线 A)的阶跃 0.5A 负载导致迹线 B 的稳压器输出。低损耗电容器的使用促进了受控的输出偏移。

图 18扩展的水平刻度显示了迹线 B 的平滑稳压器输出响应。不匹配的电流和电压探头延迟会导致轻微的时间偏移。

图 19与图 17 中的电容“等效”的 10-FC OUT电容显示的性能在 10 秒/格时表现相似。

图 20水平扩展表明，“等效”电容器产生的幅度误差是图 18 中电容器的两倍。不匹配的探头延迟会导致走线之间的时间偏移。

在 10 µsec/div 时，示波器照片看起来相似，但图 20表明存在问题。这张照片是在与图 18中的相同更高的扫描速度下拍摄的，显示“等效”电容器的幅度误差是图18中的电容器的两倍，频率含量更高，谐振也更高。(始终根据观察到的性能来指定组件，而不是根据销售人员的说法。)图 21用一个有损耗的 10 µF 单元代替了 C OUT。该电容器允许 400-mV 偏移(注意迹线 B 的垂直刻度变化)，大于图 18的四倍。相反，图 22增加了 C OUT到低损耗 33µF 类型，与图 18相比，将迹线 B 的输出响应瞬态降低 40% 。图 23进一步增加了一个低损耗的 330-µF 电容器，将瞬态保持在 20 mV 以内：比图 18的 10-µF 值低四倍。

图 21损耗过大的 10-µF C OUT允许 400-mV 偏移——是图 18 的四倍。迹线之间的时间偏差源于探针失配。

图 22将 C OUT替换为低损耗 33-µ F 单元可产生比图 17 小 40% 的输出响应瞬态。

图 23低损耗、330µF 电容器将输出响应瞬态保持在 20mV 以下——比图 17 中的 10µF 电容器低四倍。

教训很清楚：电容值和介电质量对瞬态负载响应有显着影响。在指定之前尝试!

上升时间与调节器响应

闭环负载瞬态发生器还允许研究高速调节时的负载瞬态上升时间。图 24显示了图 16的电路 (C IN =C OUT =10 µF)，响应于 0.1A 直流负载 (Trace A) 上的 0.5A、100-ns 上升时间阶跃。响应衰减(曲线 B)在 75 mV 处达到峰值，并出现以下一些畸变。减少迹线 A 的负载阶跃上升时间(图 25)几乎使迹线 B 的响应误差增加一倍，随之而来的跟随畸变也扩大了。这种情况表明更高频率的调节器误差增加。

图 24稳压器的输出响应(迹线 B)对 C OUT的 100 纳秒上升时间电流阶跃(迹线 A)为10 µF。响应衰减峰值为 75 mV。

图 25更快的上升时间电流阶跃(迹线 A)将响应衰减峰值(迹线 B)增加到 140 mV，表明调节损耗随频率增加。

所有的调节器都呈现出随着频率而增加的误差——有些比其他的要多。缓慢的负载瞬态可能会不公平地使糟糕的稳压器看起来不错。暂态负载测试不表明在稳压器带宽之外有一些响应是值得怀疑的。

英特尔嵌入式存储器稳压器提供了一个很好的实用示例，说明了稳压器负载阶跃性能的重要性。存储器需要 1.8V 电源，通常从 3V 下调。虽然目前的要求相对适中，但电源容差很严格。表 1显示从 1.8V 仅允许 0.1V 偏移，包括所有直流和动态误差。LTC1844-1.8 稳压器在 31.5mV 时具有 1.75% 的初始容差，仅留下 68.5mV 的动态误差容限。图 26显示测试电路。内存控制线移动会导致 50mA 负载瞬变，因此需要注意电容器的选择。(LTC1844-1.8 的噪声旁路引脚与一个可选的外部电容器一起工作以实现低输出噪声。然而，该应用不需要它，并且保持未连接。)如果稳压器靠近电源，C IN是可选的。如果不是，请为 C IN使用一个高级 1µF 电容器。C OUT是一种低损耗、1µF 型。在所有其他方面，该电路似乎是例行公事。

图 26 P30 嵌入式存储器稳压器必须保持 0.1V 误差带。控制线移动会导致 50mA 负载阶跃，因此需要注意 C OUT选择。

负载瞬态发生器提供图 27的输出负载测试步骤(迹线 A)。该测试使用图 8的电路并将 Q 1的发射极电流分流器更改为 1Ω。曲线 B 的调节器响应仅显示 30-mV 峰值，比所需的要好两倍多。将C OUT增加到 10 µF(图 28)可将峰值输出误差降低到 12 mV，几乎是规范的六倍。然而，一个低等级的 10-µF 或 1-µF，就此而言，电容器会产生图 29的不受欢迎的惊喜。在下降沿可观察到 100 mV 时，两个边沿都会出现严重的峰值误差。(照片显示了 Trace B 后半部分的强化版本，以帮助清晰。)这个数字远远超出了错误预算，会导致不可靠的内存操作(参考 4、参考 5和参考 6)。

图 27 50mA 负载阶跃(曲线 A)导致 30mV 稳压器响应峰值，比误差预算要求好两倍。C OUT是一个低损耗的 1µF 电容器。

图 28将 C OUT的值增加到 10 µF 可将稳压器输出峰值降低到 12 mV，几乎是要求的六倍。

图 29低等级的 10-µ FC OUT导致 100-mV 稳压器输出峰值(曲线 B)，违反了 P30 稳压器的内存限制。为了清晰起见，示波器照片增强了轨迹的后半部分。