選擇保障線性穩壓器穩定度的ESR

　　輸出穩定度對于任何電源設計而言都是一項關鍵問題。由于線性穩壓器簡單易用（多數線性穩壓器只有三個插腳），所以很容易忘記這一點的重要性。雖然目前具有許多能夠確保輸出穩定的技術，但最簡單且最經濟有效的方案是添加或使用輸出電容器的等效串聯電阻（ESR）。

　　此處以帶5V輸出的低壓差正可調穩壓器LM1084為例。LM1084能夠為負載提供的電流為5A，它在可能存在大電流尖峰時能夠發揮作用。它還是一種準穩壓器，即傳輸晶體管是一種由PNP晶體管驅動的單NPN晶體管，如圖1中所示。因其內部架構所需，準穩壓器的輸出電容器中一般需要部分ESR來確保穩定度。

　　圖1：準穩壓器內部簡化示意圖

　　一般來說，鉭電容器和電解電容器的ESR足以確保穩定度，但由于設計的空間要求越來越受限，因此尺寸較小的陶瓷電容器成為了理想選擇。由于陶瓷電容器幾乎不存在任何ESR，因此添加外部串聯電阻只是用來模擬其行為。在本文中，我將使用LM1084來演示如何估算輸出中的最佳ESR值以及如何在實驗室中測試其有效性。

　　測試穩定度的方法

　　測試穩定度的傳統方法是借助頻率響應網絡分析儀，將一個小的正弦信號引入反饋環路中并測量增益和相位響應交叉頻率。這種方法需要切斷反饋環路，因此通常無法對反饋環路內置于集成電路（IC）中的固定輸出穩壓器進行測試。這種方法設置起來較為繁瑣，需要額外的實驗室設備，而且預防措施采取不當還可能會造成誤差。

　　簡單的方法是進行負載瞬態測試，然后觀察輸出的振鈴。圖2是設置實例，能夠為5V的穩壓器輸出提供50mA~1A的負載瞬態。函數發生器向N溝道FET的柵發送矩形波。當N溝道FET被驅動時，總負載電阻的有效值為5Ω。當N溝道FET沒有被驅動時，負載電阻為100Ω，剛好可以滿足最小負載要求。

　　圖2：負載瞬態測試設置

　　觀察輸出振鈴

　　可通過觀察負載瞬態的輸出振鈴來判定穩壓器是否穩定。圖3是帶有陶瓷輸出電容器和未添加外部ESR的LM1084的示意圖。圖4是其負載瞬態響應。如圖4中所示，存在振鈴過量的情況，您可為輸出電容器添加部分ESR來進行抑制。但需要添加多少ESR呢？

　　圖3：LM1084示意圖—無ESR

　　圖4：負載瞬態響應—無ESR

　　ESR值的計算

　　您可以通過方程1測得恰當的ESR的值：

　　該方程可以計算出輸出振鈴或振蕩頻率為零時的最小ESR。負載瞬態測試時，輸出振鈴頻率提示0db交點接近該頻率，因此需要稍微提升相位限度來抑制輸出響應。在該頻率時設置為零即可提升您所需的相位限度。下面我們按照圖3和圖4中的示例進行計算。

　　圖4中的振蕩頻率約為50kHz，輸出陶瓷電容為22μF。將這些數字代入方程1中，即可得出ESR的最小值為145mΩ：

　　將145mΩ的ESR添加到輸出響應中，其作用如下。圖5是添加了ESR的示意圖，圖6顯示了負載瞬態響應。雖然振鈴已消除，但會產生副作用，即有效輸出電容會隨著ESR的增加而減少，因此電容器的電阻會越來越大，從而導致原始輸出的跌落更大。

　　圖5：LM1084示意圖—帶ESR

　　圖6：負載瞬態響應—帶ESR

　　綜上所述，只需添加一個外部電阻即可抑制線性穩壓器造成的輸出振鈴。若該電阻中帶有陶瓷電容，那么就會非常有用。計算方法很簡單，測試和驗證穩定度時需要用到的設備很少。