零件知識專欄 — 線性式直流電源轉換 Part II

發表日期：2014/06/18 本文瀏覽次數：4,981次

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積層陶瓷電容(MLCC)概念

極低串聯等效電組 (ESR)
電容量隨著直流偏壓變化

電容量的正確性、ESR對Zero頻率點的影響，將左右了電路穩定。

MLCC ESR 曲線圖

MLCC 的尺寸、內電極層數、內電極材料..等影響ESR，且ESR並非常數，其會隨著頻率而變化。

Stable 定義

Phase Margin

切 Gain 0dB，離-180°還有幾度
期望-20 dB/decade斜率切0dB
LDO > 30°、PWM > 45°

Gain Margin

切 Phase -180°，Gain負多少dB
6dB < |GM|

Bandwidth

切 Gain 0dB的頻率
寬：反應快、易振盪
窄：反應慢、穩定

Standard NPN regulator 波德圖

先天穩定，Phase Margin > 30° → Stable

PNP LDO 波德圖

先天不穩定，Phase Margin = 0° → Unstable，需要內外部補償

Feed-Forward Capacitor 補償

Standard NPN regulator 先天穩定，所以在線路Layout 或許不用預留外擺的補償電容。如果在LDO，尤其PMOS or NMOS先天不穩定，則除了LDO IC 內部設計補償以外，另外可透過外部Feed-Forward Capacitor (C_FF) 補償，C_FF 補償能力跟V_OUT有關。

LDO 規格書的陷阱

盡信書不如無書；盡信規格「書」，比較容易「輸」。需確認的項目如下：

規格書建議電路是否有模擬、實作、量測…，判定Pass的標準是什麼？
電路模擬的C、ESR、ESL填寫的依據？電容規格書的值與實際應用值有很大落差。
模擬負載填寫的依據？怎樣是較嚴苛、相對安全的模擬設計？
建議線路上的輸出電容是哪種電容？液態、固態、積層陶瓷，即使同樣的電容量，但實際值有巨大誤差。
實際系統PCB零件布局，在主IC的Bypass MLCC電容，與LDO輸出電容的距離是否夠遠。

一次嚴謹的設計量測，可以減少整體公司潛在的風險。