Почему в техническом описании LM1117 конкретно указаны танталовые конденсаторы?

Я планирую на использовании LM1117 регулировать напряжение 5 В до 3.3 В. Глядя на ( любой из тех нескольких ) листах данных для LM1117 они рекомендуют 10 мкФ танталовых конденсаторов между входом и землей , а также между выходом и землей.

Я понимаю необходимость в конденсаторах, но мне не понятно, почему именно это должен быть тантал. У меня тут куча электролитических конденсаторов 10 мкФ, а если по какой-то причине нужен тантал, мне придется их заказать.

Почему они так специфичны в использовании танталовых конденсаторов?

Танталовые конденсаторы совершенно не нужны в этом приложении.

• Единственной причиной выбора тантала может быть срок службы, который может быть рассчитан на алюминиевые влажные электролитические колпачки. С этого момента предполагается, что срок службы был правильно спроектирован и не является проблемой.

• Использование танталового конденсатора в качестве входного конденсатора может привести к гибели конденсатора в любое время, если на входной силовой шине могут быть скачки напряжения от любого источника. Пик, превышающий небольшую долю выше номинального значения танталового конденсатора, рискует привести к его полному разрушению в цепи высокой энергии, такой как эта.

• Входной конденсатор является типичным емкостным конденсатором, его значение относительно не критично. Тантал не служит здесь никакой технической цели. Если требуется сверхнизкий импеданс, то рекомендуется использовать меньшую параллельную керамику.

• Выходной конденсатор НЕ является фильтрующим конденсатором в любом традиционном смысле. Его основная роль заключается в обеспечении стабильности цикла для регулятора. (Например, резистор 10 Ом может быть установлен последовательно с конденсатором без ущерба для его функциональности. Ни одна нормальная крышка фильтра не допустит этого без нарушения функциональности).

• Характеристики алюминиевых мокрых электролитических конденсаторов правильной емкости и номинального напряжения хорошо подходят для роли выходного конденсатора. Там нет причин, чтобы не использовать их там. Эти 7-центовые цены на конденсаторы / общие данные / таблицы данных были бы приемлемым выбором во многих приложениях. (Более длительный срок службы может указывать на 1 2000 час / 105C часть).

Лист данных LM1117 содержит четкое руководство по основным и желательным характеристикам входных и выходных конденсаторов. Подходит любой конденсатор, который соответствует этим требованиям. Тантал - хороший выбор, но не лучший. Существуют различные факторы, и стоимость одна. Тантал предлагает нормальную стоимость за емкость при емкостях от 10 мкФ и выше. Выходной конденсатор в большинстве случаев «безопасен» от пиков. Входной конденсатор подвержен риску «плохого поведения» со стороны других частей системы. Пики выше номинального значения приведут к (буквально) пламенному расплавлению. (Дым, пламя, шум, неприятный запах и взрыв - необязательно -
я видел, как одна танталовая шапочка делает все это по очереди :-))

Входной конденсатор

Входной конденсатор не слишком критичен, когда регулятор питается от уже хорошо отсоединенной системной шины. Под диаграммой на первой странице они отмечают «Требуется, если регулятор расположен далеко от фильтра источника питания», к которому можно добавить «или другую хорошо отсоединенную часть источника питания». т.е. конденсаторы, используемые для развязки в целом, могут сделать еще один здесь избыточным. Выходной конденсатор является более важным.

Выходной конденсатор

Многие современные высокопроизводительные регуляторы с малым выпадением безоговорочно нестабильны при поставке. Для обеспечения стабильности контура им требуется выходной конденсатор, который имеет емкость и ESR в выбранных диапазонах. Выполнение этих условий имеет важное значение для устойчивости при любых условиях нагрузки.

Выходная емкость, необходимая для стабильности: Для стабильности требуется, чтобы выходной нагрузочный конденсатор нагрузки был> = 10 мкФ, когда вывод Cadj не имеет добавленного конденсатора к земле, и> = 20 мкФ, когда Cadj имеет добавленный обходной конденсатор. Более высокие емкости также стабильны. Это требование может быть удовлетворено алюминиевым мокрым электролитическим колпачком или керамическим колпачком. Поскольку влажный электролит обычно имеет широкий допуск (до +100% / - 50%, если не указано иное), алюминиевый влажный электролит 47 мкФ обеспечивал бы здесь достаточную емкость, даже когда Cadj был обойден. НО это может или не может соответствовать спецификации ESR.

Выходной конденсатор ESR, необходимый для стабильности:

ESR - это «требование Златовласки» :-) - не слишком много и не слишком мало.
Требуемая СОЭ указывается как

    0.3 ohm <= ESR <= 22 ohm.

Это чрезвычайно широкое и необычное требование. Даже довольно скромные пульсационные токи в этом конденсаторе вызовут гораздо большие отклонения, чем допустимые. Понятно, что они не ожидают высоких пульсационных токов и что роль конденсатора в первую очередь связана со стабильностью контура, а не с контролем шума как таковым. Обратите внимание, что регуляторы "старой школы", такие как, например, LM340 / LM7805, часто указывают отсутствие выходного конденсатора или, возможно, 0,1 мкФ. Например, в техническом описании LM340 говорится: «** Хотя для стабильности не требуется выходной конденсатор, он помогает при переходных процессах. (При необходимости используйте керамический диск 0,1 мкФ)».

Танталовый конденсатор не требуется для удовлетворения этой спецификации.
Мокрый алюминиевый конденсатор легко справится с этой задачей. Вот некоторые типичные новые максимальные значения ESR для новых алюминиевых мокрых электролитических конденсаторов. Первая группа - это конденсаторы, которые могут быть использованы на практике в этом приложении на нижнем конце диапазона емкости. 10 мкФ, 10 В - это примерно половина допустимого ESr - возможно, немного близко для комфорта на протяжении всей жизни. Вторая группа - это то, что будет использоваться с обходом Cadj и может быть использовано в любом случае - ESR далеко от пределов в обоих направлениях. Третья группа - это конденсаторы, выбранные для приближения к нижнему пределу (и они будут иметь более высокое сопротивление = лучше с возрастом). 100 мкФ 63 В выдвигает нижний предел - но здесь не будет необходимости использовать деталь 63 В, и она станет выше (= лучше) с возрастом. ,

• 
  10 мкФ , 10 В - 10 Ом 10 мкФ, 25 В - 5,3 Ом

• 
  47 мкФ , 10 В - 2,2 Ом 47 мкФ, 16 В - 1,6 Ом 47 мкФ, 25 В, 1,2 Ом

• 470 мкФ, 10 В - 024
  Ом 220 мкФ, 25 В - 0,23 Ом
  100 мкФ, 63 В - 0,3 Ом

Они говорят в техническом описании LM1117

• 1.3 Выходной конденсатор

  Выходной конденсатор имеет решающее значение для поддержания стабильности регулятора и должен удовлетворять необходимым условиям как для минимального значения емкости, так и для ESR (эквивалентного последовательного сопротивления).

  Минимальная выходная емкость, требуемая для LM1117, составляет 10 мкФ, если используется танталовый конденсатор. Любое увеличение выходной емкости просто улучшит стабильность контура и переходную характеристику.

  ESR выходного конденсатора должно находиться в диапазоне от 0,3 Ом до 22 Ом. В случае регулируемого регулятора, когда используется CADJ, требуется большая выходная емкость (22 мкФ тантала)

СОЭ имеет решающее значение

ДОБАВЛЕНО - заметки

SBCasked:

Я читал это очень много раз - «поддерживать стабильность регулятора».
Что может быть примером нестабильного регулятора?
Будет ли выходной сигнал колебаться с высокой пульсацией или будет неопределенным, или что именно произойдет?

Нестабильность регулятора, по моему опыту, (и, как и следовало ожидать) приводит к колебаниям регулятора с высоким уровнем и частотой высокочастотного сигнала на выходе и напряжением постоянного тока, измеренным с помощью не-среднеквадратичного измерителя, который кажется стабильным при неверное значение.

Ниже приводится комментарий к тому, что вы можете увидеть в типичных обстоятельствах - фактические результаты сильно различаются, но это руководство.
Посмотрите на выход с помощью осциллографа, и вы можете увидеть, например, полусинусоидальную волну 100 кГц от 100 мВ до нескольких вольт амплитуды на номинальном выходе 5 В постоянного тока.

В зависимости от параметров обратной связи вы можете получить низкочастотные колебания, достаточно медленные, чтобы их можно было увидеть в виде вариаций на измерителе «постоянного тока», и вы можете получить больше сигналов МГц.
Я ожидаю:
(а) очень медленные изменения будут более склонны к высокой амплитуде (поскольку это предполагает, что система гонится за своим хвостом таким образом, что она почти находится в регулировании, и что корректирующая обратная связь не приводит ее быстро к линия, и
(b) колебания уровня МГц должны быть более склонными быть ниже, чем обычная амплитуда, поскольку это предполагает, что скорость нарастания пути усиления является основным фактором скорости отклика. НО может случиться что угодно.

Кроме того, как именно ESR вступает в игру здесь?
Такой наивный прохожий, как я, ожидал бы, что меньшее сопротивление серии будет лучше.

Интуитивное и логическое не всегда совпадают.
Регулятор по сути является усилителем мощности с обратной связью.
Если обратная связь в целом отрицательная, система стабильна, а на выходе постоянный ток.
Если обратная связь по сети является положительной, вы получаете колебания.
Общая обратная связь описывается передаточной функцией, включающей вовлеченные компоненты. Вы можете взглянуть на стабильность с точки зрения, например, критериев устойчивости Найквиста или (не связанных) никаких полюсов на правой полуплоскости и всех полюсов внутри единичного круга или ... ах! Достаточно сказать, что обратная связь от выхода к входу не усиливает колебания и что сопротивление, которое слишком велико или слишком мало, может привести к общему усилению, если рассматривать его как часть всей системы.
Просто, полезно .
Только немного сложнее - хороший
Sueful - обмен стека

полезным

Много похожих картинок

И последнее замечание: вы называли пульсирующее напряжение на крышке большим (даже для малых токов) как неотъемлемую проблему из-за малого размера? (т.е. Vc = интеграл тока по емкости?)

Они говорят: "... 0,3 Ом <= ESR <= 22 Ом ..."
Если у вас есть ESR, скажем, 10 Ом, то каждый мА пульсационного тока вызовет изменение напряжения на конденсаторе 10 мВ. 10 мА пульсаций тока = 100 мВ изменения напряжения, и вы будете очень недовольны своим регулятором. Активный регулятор может работать, чтобы уменьшить эту пульсацию, но было бы хорошо, если бы ваш конденсатор фильтра не добавил к проблеме, которую вы хотите решить.

Я нашел интересную ссылку в техническом описании LM3940 от TI (от 5 В до 3,3 В на LDO).

Танталы были определены, потому что у Electrolytic может быть увеличение ESR до 30x при очень низких температурах.
Возможно подключение небольшого тантала параллельно с большим электролитом, если стоимость является проблемой.

ПРЕДЕЛЫ ESR: ESR выходного конденсатора вызовет нестабильность контура, если он слишком высок или слишком низок. Приемлемый диапазон зависимости ESR от тока нагрузки показан на рисунке 19. Очень важно, чтобы выходной конденсатор соответствовал этим требованиям, иначе могут возникнуть колебания.
Рисунок 19. Пределы ESR
Важно отметить, что для большинства конденсаторов ESR указывается только при комнатной температуре. Однако проектировщик должен убедиться, что ESR будет оставаться в пределах, указанных во всем диапазоне рабочих температур для проекта. Для алюминиевых электролитических конденсаторов ESR увеличится примерно в 30 раз, так как температура снизится с 25 ° C до -40 ° C. Этот тип конденсатора плохо подходит для работы при низких температурах. Твердые танталовые конденсаторы имеют более стабильную ЭПР при температуре, но стоят дороже, чем алюминиевые электролитики. Экономически эффективный подход, который иногда используется, заключается в параллельности алюминиевого электролита с твердым танталом, при этом общая емкость разделена примерно на 75/25%, при этом алюминий является большей величиной. Если два конденсатора параллельны, эффективное ESR является параллелью двух отдельных значений.

Электролитики обладают плохими высокочастотными характеристиками по сравнению с танталом. С ценой на тантал в эти дни я бы рекомендовал использовать один из ваших электролитов с небольшим керамическим конденсатором параллельно - скажем, 100 нФ. Это зависит от того, на что вы воздействуете, но обычно это не так уж важно, если пульсация и переходные реакции не особенно важны для вас.