LM1117 데이터 시트가 탄탈륨 커패시터를 구체적으로 지정하는 이유는 무엇입니까?

내가 사용에 대한 계획입니다 LM1117를 (3.3 V.보고 5 V 조절하는 어떤 의 여러 LM1117 데이터 시트)를, 그들은 입력과 접지 사이의 출력과 접지 사이에 10 개 μF 탄탈 커패시터를 권장합니다.

커패시터가 필요하다는 것을 이해하지만 왜 이것이 탄탈이어야하는지 명확하지 않습니다. 나는 여기에 여러 개의 전해 10 µF 커패시터를 가지고 있지만 어떤 이유로 탄탈이 필요하다면 주문해야합니다.

탄탈륨 커패시터 사용에 대해 왜 그렇게 구체적입니까?

탄탈륨 커패시터는이 애플리케이션에서 완전히 필요하지 않습니다.

• 선택 탄탈륨에 대한 유일한 이유는 수도 수명, 그리고이 알루미늄 젖은 전해 캡을 위해 설계 될 수있다. 여기서는 수명이 올바르게 설계되었으며 문제가되지 않는다고 가정합니다.

• 입력 전원 레일로 어떤 소스에서든 전압 스파이크가 발생할 수있는 경우 입력 커패시터로 탄탈륨 커패시터를 사용하면 언제든지 커패시터가 작동하지 않습니다. 탄탈륨 커패시터의 정격 값보다 작은 비율을 초과하는 스파이크는 이와 같은 고 에너지 회로에서 완전히 파괴 될 위험이 있습니다.

• 입력 커패시터는 일반적인 저장소 커패시터이며 그 값은 상대적으로 중요하지 않습니다. 탄탈은 여기서 기술적 목적을 제공하지 않습니다. 매우 낮은 임피던스가 필요한 경우, 더 작은 병렬 세라믹의 사용이 표시됩니다.

• 출력 커패시터는 전통적인 의미에서 필터 커패시터가 아닙니다 . 주요 역할은 레귤레이터에 루프 안정성을 제공하는 것입니다. (예를 들어, 10 옴 저항은 커패시터의 기능을 방해하지 않고 커패시터와 직렬로 배치 될 수 있습니다. 정상적인 필터 캡은 기능 장애없이이를 허용하지 않습니다).

• 올바른 정전 용량 및 정격 전압의 알루미늄 습식 전해 커패시터의 특성은 출력 커패시터의 역할에 매우 적합합니다. 그것들을 사용하지 않을 이유가 없습니다. 이 7 센트 커패시터 가격 / 일반 데이터 / 데이터 시트 는 많은 응용 분야에서 수용 가능한 선택입니다. (긴 수명 애플리케이션은 12000 시간 / 105C 부품을 나타낼 수 있음).

LM1117 데이터 시트는 입력 및 출력 커패시터의 필수적이고 바람직한 특성에 명확한 지침을 제공합니다. 이러한 사양을 충족하는 모든 커패시터가 적합합니다. 탄탈은 괜찮은 선택이지만 최선의 선택은 아닙니다. 다양한 요소가 있으며 비용은 하나입니다. 탄탈은 약 10 uF에서 커패시턴스로 용량 당 OK 비용을 제공합니다. 출력 커패시터는 대부분의 경우 스파이크에 대해 "안전"합니다. 입력 커패시터는 시스템의 다른 부분에서 "나쁜 동작"의 위험이 있습니다. 정격 값을 초과하는 스파이크는 (문자 그대로) 타오르는 녹기를 만듭니다. (연기, 화염, 소음, 악취 및 폭발 모두 선택 사항-
한 개의 탄탈 캡이 차례로 이러한 작업을 수행하는 것을 보았습니다 :-))

입력 커패시터

레귤레이터가 이미 분리 된 시스템 버스에서 공급 될 때 입력 커패시터는 지나치게 중요하지 않습니다. 앞 페이지의 다이어그램 아래에 "레귤레이터가 전원 공급 장치 필터에서 멀리 떨어져있는 경우 필수"- "공급 장치의 다른 분리 된 부분"을 추가 할 수 있습니다. 즉, 일반적으로 디커플링에 사용되는 커패시터는 여기에서 또 다른 커패시터를 중복시킬 수 있습니다. 출력 커패시터가 더 중요합니다.

출력 커패시터

많은 현대식 저 드롭 아웃 고성능 레귤레이터는 공급시 무조건 불안정합니다. 루프 안정성을 제공하려면 선택된 범위에서 커패시턴스와 ESR이 모두있는 출력 커패시터가 필요합니다. 이러한 조건을 충족시키는 것은 모든 부하 조건에서 안정성을 유지하는 데 필수적입니다.

안정성에 필요한 출력 커패시턴스 : 안정성을 위해서는 Cadj 핀 에 접지에 커패시터가 추가 되지 않은 경우 출력 출력 부하 커패시터가> = 10 uF 이고 Cadj에 바이 패스 커패시터가 추가 된 경우> = 20 uF 여야합니다. 높은 정전 용량도 안정적입니다. 이 요구 사항은 알루미늄 습식 전해 캡 또는 세라믹 캡으로 충족 될 수 있습니다. 습식 전해는 일반적으로 넓은 허용 오차 (다른 방법으로 명시되지 않은 경우 최대 +100 % /-50 %)이므로 47 uF 알루미늄 습식 전해는 Cadj를 우회하더라도 적절한 커패시턴스를 제공합니다. 그러나 ESR 사양을 충족하거나 충족하지 못할 수 있습니다.

안정성에 필요한 출력 커패시터 ESR :

ESR은 "Goldilocks 요구 사항"입니다.
필수 ESR은

    0.3 ohm <= ESR <= 22 ohm.

이것은 매우 넓고 특이한 요구 사항입니다. 이 커패시터의 아주 작은 리플 전류조차도 허용 가능한 전압 변동보다 훨씬 더 큽니다. 높은 리플 전류를 기대 하지 않으며 커패시터의 역할은 주로 노이즈 제어 자체보다 루프 안정성과 관련이 있다는 것이 분명합니다 . 예를 들어 LM340 / LM7805와 같은 "오래된 학교"레귤레이터는 종종 출력 커패시터가 없거나 0.1 uF를 지정했습니다. 예를 들어 여기 LM340 데이터 시트에 "** 안정성을 위해 출력 커패시터가 필요하지 않지만 과도 응답에 도움이됩니다 (필요한 경우 0.1µF, 세라믹 디스크 사용)".

탄탈륨 커패시터는이 사양을 충족하지 않아도됩니다.
습식 알루미늄 커패시터는이 사양을 쉽게 충족시킵니다. 다음은 새로운 알루미늄 습식 전해 커패시터에 대한 몇 가지 전형적인 새로운 최대 ESR입니다. 첫 번째 그룹은이 애플리케이션에서 실제로 커패시턴스 범위의 하단에서 사용될 수있는 커패시터입니다. 10uF, 10V는 허용되는 ESr의 약 절반입니다. 아마도 평생 동안 편안하게 사용할 수있을 것입니다. 두 번째 그룹은 Cadj 바이 패스와 함께 사용되며 어쨌든 사용될 수 있습니다. ESR은 양방향 한계에서 멀리 떨어져 있습니다. 세 번째 그룹은 하한에 접근하기 위해 선택된 커패시터입니다 (그리고 더 높은 저항을 얻을수록 = 노화에 따라 더 좋아집니다). 100 uF 63V는 하한선을 뛰어 넘지 만 여기서는 63V 부품을 사용할 필요가 없으며 나이가 들어감에 따라 더 높아질 것입니다. .

• 10uF, 10V-10 옴
  10 uF, 25V-5.3 옴

• 47uF, 10V-2.2ohm 47uF,
  16V- 1.6ohm 47uF, 25V, 1.2ohm

• 470uF, 10V-024ohm
  220uF, 25V -0.23ohm 100uF
  , 63V- 0.3ohm

그들은 LM1117 데이터 시트에

• 1.3 출력 커패시터

  출력 커패시터는 레귤레이터 안정성을 유지하는 데 중요하며, 최소 용량과 ESR (등가 직렬 저항)에 필요한 조건을 충족해야합니다.

  탄탈륨 커패시터를 사용하는 경우 LM1117에 필요한 최소 출력 커패시턴스는 10µF입니다. 출력 커패시턴스가 증가하면 루프 안정성과 과도 응답이 향상됩니다.

  출력 커패시터의 ESR 범위는 0.3Ω-22Ω입니다. 조정 가능한 레귤레이터의 경우 CADJ를 사용할 때 더 큰 출력 커패시턴스 (22µf 탄탈륨)가 필요합니다

ESR이 중요합니다

추가-메모

SBC

나는 이것을 "레귤레이터 안정성 유지"라고 여러 번 읽었습니다.
불안정한 레귤레이터의 예는 무엇입니까?
출력이 높은 리플로 진동하거나 정의되지 않았거나 정확히 어떻게됩니까?

내 경험상 (그리고 예상 한 바와 같이) 레귤레이터 불안정성은 레귤레이터가 진동하는 결과를 가져온다. 출력에서 ​​높은 레벨의 고주파 신호와 종종 DC에서 안정적인 것으로 보이는 비 RMS 미터로 측정 된 DC 전압 잘못된 값.

다음은 일반적인 상황에서 볼 수있는 내용에 대한 설명입니다. 실제 결과는 매우 다양하지만 이는 안내서입니다.
오실로스코프의 출력을 보면 공칭 5VDC 출력에서 ​​100 볼트 mV에서 100 볼트의 1/2 sine 사인파를 볼 수 있습니다.

피드백 매개 변수에 따라 저주파 발진이 발생하고 "DC"미터의 변형으로 볼 수있을 정도로 느려져서 MHz 신호와 비슷해질 수 있습니다.
나는
(a) 매우 느린 변화가 높은 진폭이되기 쉬운 경향이 있음을 시사한다 (시스템이 거의 규제 상태에 있고 교정 피드백이 빠르게 들어 가지 않는 방식으로 꼬리를 쫓고 있음을 시사한다) 라인, 및
그 이득 경로의 회전 속도는 반응 속도의 주요 인자이다 있듯이 (b) 헤르츠 레벨 발진은 보통 진폭보다 낮게 쉬워한다. BUT 것도 일어날 수있다.

또한 ESR은 어떻게 정확하게 작동합니까?
나처럼 순진한 행인은 더 낮은 직렬 저항이 더 좋을 것으로 기대합니다.

직관적이고 논리적 인 것이 항상 일치하는 것은 아닙니다.
레귤레이터는 본질적으로 피드백 제어 전력 증폭기입니다.
피드백이 전체적으로 음수이면 시스템이 안정적이며 출력은 DC입니다.
순 루프 피드백이 양수이면 진동이 발생합니다.
전체 피드백은 관련된 구성 요소를 포함하는 전달 기능으로 설명됩니다. 예를 들어 Nyquist 안정성 기준 또는 오른쪽 절반 평면에 극이없고 단위 원 내부의 모든 극 또는 ... agh! 의 관점에서 안정성을 볼 수 있습니다 . 출력에서 입력으로의 피드백은 진동을 강화하지 않으며, 너무 크거나 너무 작은 저항은 전체 시스템의 일부로 간주 될 때 전체 강화로 이어질 수 있다고 말하는 것이 적절합니다.
간단하고 유용합니다 .
약간 더 복잡한-좋은
Sueful-스택 교환

유능한

관련 사진이 많음

마지막으로, 작은 크기로 인해 캡의 리플 전압이 (작은 전류의 경우에도) 크다고 언급 했습니까? (즉 Vc = 커패시턴스에 전류의 적분?)

"... 0.3 ohm <= ESR <= 22 ohm ..."
이라고 말합니다 ESR이 10 Ohms라고하면 리플 전류의 모든 mA가 커패시터 전체에서 10mV의 전압 변동을 유발합니다. 10mA의 리플 전류 = 100mV의 전압 변동으로 인해 레귤레이터에 매우 불만족합니다. 액티브 레귤레이터는이 리플을 줄이기 위해 작동 할 수 있지만 필터 커패시터를 수정하려는 문제에 추가하지 않는 것이 좋습니다.

TI의 LM3940 데이터 시트 (5V ~ 3.3V LDO)에서 흥미로운 참조를 찾았습니다.

탄탈은 Electrolytic이 매우 낮은 온도에서 ESR을 최대 30 배까지 증가시킬 수 있기 때문에 지정되었습니다.
비용이 문제가되는 경우 작은 탄탈륨을 큰 전해액과 병렬로 연결할 수 있습니다.

ESR 제한 : 출력 커패시터의 ESR은 루프가 너무 높거나 낮 으면 루프 불안정성을 유발합니다. 허용 가능한 ESR 범위 대 부하 전류의 범위는 그림 19에 나와 있습니다. 출력 커패시터가 이러한 요구 사항을 충족해야합니다. 그렇지 않으면 진동이 발생할 수 있습니다.
그림 19. ESR 한계
대부분의 커패시터의 경우 ESR은 실온에서만 지정됩니다. 그러나 설계자는 ESR이 설계의 전체 작동 온도 범위에 표시된 한계 내에 유지되도록해야합니다. 알루미늄 전해 커패시터의 경우 온도가 25 ° C에서 -40 ° C로 감소함에 따라 ESR은 약 30 배 증가합니다. 이 유형의 커패시터는 저온 작동에 적합하지 않습니다. 고체 탄탈륨 커패시터는 온도에 비해 더 안정적인 ESR을 갖지만 알루미늄 전해액보다 비쌉니다. 비용 효율적인 접근 방식은 때때로 탄탈륨과 알루미늄 전해액을 병렬로 연결하는 것이며, 전체 정전 용량은 약 75 / 25 %로 분할되어 알루미늄이 더 큰 값입니다. 두 커패시터가 병렬 인 경우 유효 ESR은 두 개별 값의 병렬입니다.

전해액은 탄탈에 비해 고주파 성능이 떨어집니다. 요즘 탄탈륨 가격으로 100nF와 같은 작은 세라믹 커패시터와 함께 전해액 중 하나를 사용하는 것이 좋습니다. 전원을 공급하는 대상에 따라 다르지만 리플 및 과도 응답이 특히 중요하지 않은 한 일반적으로 중요한 것은 아닙니다.