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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik ESR-Anforderungen von LDO-Reglern


Autor: High Performer (Gast)
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Hallo Leute,

wenn ich mir die Datenblätter der gängigen LDO-Linearregler anschaue, 
dann sind ja die Anforderungen an den ESR des Ausgangskondensators 
relativ hoch bezüglich minimalem und maximalem ESR. Das schreit geradezu 
nach Problemen. Ich werde das so handhaben, dass ich Keramik-Cs (die 
einen sehr kleinen ESR besitzen) mit einem Serienwiderstand entsprechend 
den Anforderungen des Datenblatts kombiniere. Wie sieht es denn aus, 
wenn auf dem Board einige kleinere Keramik-Cs an diesen Reglern hängen. 
Da ist doch niemals mehr sichergestellt, dass die Regler sauber 
arbeiten, es sei denn, man hängt den Serien-R nicht nur in Reihe zum 
Ausgangs-C, sondern gleich in Reihe zur Last, was dann allerdings die 
Stabilität der Ausgangsspannung doch eher negativ beeinflusst.

Wie sehen Eure Erfahrungen und/oder Strategien zum Einhalten der 
ESR-Anforderungen aus?

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Erfahrung ist alles: Klatsch einen OS-CON ran und die Sache läuft immer.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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High Performer schrieb:
> Ich werde das so handhaben, dass ich Keramik-Cs (die
>
> einen sehr kleinen ESR besitzen) mit einem Serienwiderstand entsprechend
>
> den Anforderungen des Datenblatts kombiniere.



Dann baust du Nonsens, denn das ist die schlechtestmögliche Lösung.
Wenn du schon "high performen" willst, wechsel den Reglerhersteller.

Denn seit mehr als 10 Jahren gibt es mit LT176x und LT196x  LDO Regler, 
die hervorragend mit Keramik-Kondensatoren und ESR bei null klarkommen.

Warum sich hier im Forum das Märchen noch immer hält, das LDO 
diesbezüglich problematisch seien mit Keramik-Kondensatoren; Und jede 
Woche mindestens ein Thread zu exakt diesem Thema neu eröffnet wird:
Das ist vollkommen überholt.

Genauso könntet Ihr jede Woche fragen ob bleifreies Benzin schädlich 
ist, denn Automotoren benötigten doch mal Bleitetraethyl. Etc.  Früher 
(tm) halt.

Autor: Nachtaktiver (Gast)
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Normalerweise steht im jeden vernünftig Datenblatt die "Safety Operation 
Area" inklusive die Spannweite des ESRs drin.
Das ist egal ob diese von 0 Ohm - 2 Ohm oder von 0.5 Ohm - 5 Ohm geht.

Wenn du einen entsprechenden Regler verbauen möchtest schaust du einfach 
das du dir den passenden Kondensator an seiner Seite stellst.
Alles andere kann in diversen Situationen Stabilitätsprobleme mit sich 
bringen.

Wenn das Datenblatt sich dazu ausschweigt würde ich einen anderen Regler 
in Betracht ziehen.

Autor: Norbert L. (norbert_l64) Benutzerseite
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Man sollte auch das Ausgabedatum des Datenblattes vom LDOs beachten: Vor 
10 Jahren waren die Low-ESR-Elkos noch sehr teuer und kaum zu bekommen. 
Und die hochkapazitiven Keramik-Chipkondensatoren mit ihrem kleinen ESR 
hatten sich noch nicht durchgestzt. Insofern waren die 
Anforderungsbeschreibung in den Datenblättern schwer verdaulich.
Aber heutzutage sorgt ein Standard 1-10µ Keramikkoni für Ruhe an der 
Front.

Autor: High Performer (Gast)
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Zuerst einmal Danke für eure Antworten.

Kurze Stellungnahme zu den verschiedenen Antworten:

>Dann baust du Nonsens, denn das ist die schlechtestmögliche Lösung.

Es gibt nicht wenige Hersteller, die einen Serienwiderstand in ihren 
Datenblättern vorschlagen. Ich sehe ehrlich gesagt auch nicht das große 
Problem. Es macht keinen Unterschied, ob ich einen Kondensator mit 0Ohm 
ESR und 0,1 Ohm Widerstand in Reihe verwende oder einen C mit 0.1 Ohm 
ESR.
Die Frage ist nur, was passiert, wenn auf der Ausgangsseite noch einige 
Abblock-C hängen, was ja eigentlich normal ist. Im Prinzip müsste dann 
der Serienwiderstand in Reihe zum Ausgang gehängt werden. Das mag nicht 
optimal sein (warum eigentlich nicht?), aber nur so kann man bei vielen 
LDO-Reglern sicherstellen, dass die Grenzen für den ESR eingehalten 
werden.

>Wenn du schon "high performen" willst, wechsel den Reglerhersteller.

>Denn seit mehr als 10 Jahren gibt es mit LT176x und LT196x  LDO Regler,
>die hervorragend mit Keramik-Kondensatoren und ESR bei null klarkommen.

Na ja, wenn der Preis keine Rolle spielt, kann man die natürlich 
verwenden.
Aber selbst in den Datenblätter steht dort explizit, dass keine 
Serienwiederstände notwendig sind. Also ist es wohl nicht 
selbstverständlich, dass ein geringer ESR kein Problem darstellt.

>Das ist egal ob diese von 0 Ohm - 2 Ohm oder von 0.5 Ohm - 5 Ohm geht.

Das ist natürlich nicht egal. Wenn 0,5 Ohm bis 5 Ohm angegeben sind, 
kann ich keine Keramik-Cs verwenden!
Außerdem: möchtest Du garantieren, dass der ESR eines Elkos auch unter 
Worst-Case-Bedingungen und nach langer Betriebszeit noch im geforderten 
Bereich liegt. Das sieht für mich nach russischem Roulette aus.

Das Problem ist ja auch nicht der maximale ESR, sondern der minimale, so 
dass sich die Pole des Regelkreises nicht ungünstig verschieben.

>Warum sich hier im Forum das Märchen noch immer hält, das LDO
>diesbezüglich problematisch seien mit Keramik-Kondensatoren;

Vielleicht deshalb, weil es kein Märchen ist? Die Mehrzahl der Regler, 
deren Datenblätter ich inzwischen angeschaut habe, schreiben einen 
minimalen und maximalen ESR vor. Du kannst doch nicht behaupten, dass 
man die alle in die Tonne kicken kann.
Und in mehreren Datenblättern steht explizit der Hinweis auf einen 
Serienwiderstand zum C.

Bei den LDO-Reglern, die auch mit Keramik-Cs klarkommen, ist das 
explizit im Datenblatt erwähnt. Das ist also durchaus kleine 
Selbstverständlichkeit.
Ich habe inzwischen die Typen

MCP1700-3302E und MCP1824ST gefunden. Die sind bezahlbar und sind auch 
bei kleinem ESR stabil.


>Vor 10 Jahren waren die Low-ESR-Elkos noch sehr teuer und kaum zu >bekommen.

Gerade der zu niedrige, nicht der zu hohe ESR ist ja das Problem bei 
Keramik-Cs.

Autor: Floh (Gast)
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High Performer schrieb:
> Und in mehreren Datenblättern steht explizit der Hinweis auf einen
> Serienwiderstand zum C.

Kannst du mal dein Datenblatt anhängen oder verlinken?
Hab sowas wie nen Serienwiderstand für den C noch nie verbaut oder auch 
nur gesehen.
Ich benütze z.b. gern die lm2940-LDOs, ein Kondensator hinterher und es 
tut.
:-)

Autor: High Performer (Gast)
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>Kannst du mal dein Datenblatt anhängen oder verlinken?

Also als Beispiel: Datenblatt zum LP2950/2951 von National:

http://www.national.com/ds/LP/LP2950.pdf

Zitat:

"The ESR of ceramic capacitors is so low that this phase lead does not
occur, significantly reducing phase margin. A ceramic output
capacitor can be used if a series resistance is added (recommended
value of resistance about 0.1Ω to 2Ω)."

Das habe ich auch schon in anderen DB gelesen. Bin jetzt allerdings zu 
faul zum Suchen.

Aber nachdem ich nochmal einige DB durchgeschaut habe, muss ich doch 
sagen: Viele aktuelle LDO-Regler kommen mit kleinem ESR am Ausgang klar.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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High Performer schrieb:
> Also ist es wohl nicht
>
> selbstverständlich, dass ein geringer ESR kein Problem darstellt.

Lies Dir mal die Appnotes zu den genanten Reglern durch, da steht 
EXPLIZIT das was ich dazu geschrieben habe: GERINGER ESR stellt KEIN 
Problem für die Regler dar.

Und so teuer wie du uns glaubne machen willst sind diese Regler nun 
wahrhaftig nicht.

Autor: Nachtaktiver (Gast)
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>>Das ist egal ob diese von 0 Ohm - 2 Ohm oder von 0.5 Ohm - 5 Ohm geht.

>Das ist natürlich nicht egal. Wenn 0,5 Ohm bis 5 Ohm angegeben sind,
>kann ich keine Keramik-Cs verwenden!
>Außerdem: möchtest Du garantieren, dass der ESR eines Elkos auch unter
>Worst-Case-Bedingungen und nach langer Betriebszeit noch im geforderten
>Bereich liegt. Das sieht für mich nach russischem Roulette aus.

>Das Problem ist ja auch nicht der maximale ESR, sondern der minimale, so
>dass sich die Pole des Regelkreises nicht ungünstig verschieben.

Da habe ich mich leider ungeschickt ausgedrückt.
Ich wollte damit sagen das man einfach einen passenden Elko sich 
aussucht und den Rest entsprechend angleicht.
Meistens steht in den Datenblättern das bei hohen Kapazitäten lieber 
Tantal Elkos oder wie bereits erwähnt die Kondensatoren mit Widerständen 
vom Regler getrennt werden sollen.

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Andrew Taylor schrieb:
> High Performer schrieb:
>> Also ist es wohl nicht
>>
>> selbstverständlich, dass ein geringer ESR kein Problem darstellt.
>
> Lies Dir mal die Appnotes zu den genanten Reglern durch, da steht
> EXPLIZIT das was ich dazu geschrieben habe: GERINGER ESR stellt KEIN
> Problem für die Regler dar.

Hä? Ja doch, steht doch auch im Datenblatt:
"The ESR of ceramic capacitors is so low that this phase lead does not
occur, significantly reducing phase margin. A ceramic output
capacitor can be used if a series resistance is added (recommended
value of resistance about 0.1Ω to 2Ω)."

Deswegen sollte ein Tantal oder Elko verwendet werden.
Ein Keramik in Reihe dazu macht aber kein Problem.

Autor: Floh (Gast)
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High Performer schrieb:
> Zitat:
>
> "The ESR of ceramic capacitors is so low that this phase lead does not
> occur, significantly reducing phase margin. A ceramic output
> capacitor can be used if a series resistance is added (recommended
> value of resistance about 0.1Ω to 2Ω)."

Deswegen werden Keramikkondensatoren ja auch nicht empfohlen :-)
Nimm einfach das, was die Hersteller empfehlen, hier z.b. 
Aluminium-Elkos oder Tantal-Elkos, dann gibts eigentlich keine Probleme.
:-)

Autor: Simon K. (simon) Benutzerseite
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Simon K. schrieb:
> Ein Keramik in Reihe dazu macht aber kein Problem.

Das sollte natürlich heißen "parallel" zu dem Tantal/Elko.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Ich schreibe oben bereits explizit: Appnotes lesen.

In dem Fall AN83, und dort B1 ansehen.
ESR von 0 Ohm geht. Wenn man Jim Williams glauben darf.

Was wohl unzweifelhaft ist wenn jemand wie JW sowas schreibt.

Somit gehen alle Kermaik- und sonstwie Kondensatoren. Latürnich gibt es 
einen Minimalen Wert für die Kapazität des Ausgangskondensators, bei dem 
das ESR=0 Ohm zulässig ist.

Autor: High Performer (Gast)
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Du schriebst:

>Lies Dir mal die Appnotes zu den genanten Reglern durch, da steht
>EXPLIZIT das was ich dazu geschrieben habe: GERINGER ESR stellt KEIN
>Problem für die Regler dar.

Ich schrieb einige Postings zuvor:

"Bei den LDO-Reglern, die auch mit Keramik-Cs klarkommen, ist das
explizit im Datenblatt erwähnt. Das ist also durchaus kleine
Selbstverständlichkeit."

Autor: High Performer (Gast)
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>ESR von 0 Ohm geht.

Es geht jedoch nicht generell bei allen LDOs. Es geht bei vielen Typen, 
aber bei einigen eben nicht. Genauso wie bestimmte Regler einen 
minimalen Laststrom verlangen. Welche Bedingungen zum stabilen und 
korrekten Betrieb eines Reglers eingehalten werden müssen, ist 
ausschließlich von der Topologie der Regler abhängig. Bei den 
LDO-Reglern ist halt der Ausgangstransistor in PNP-Schaltung angeordnet, 
um den geringen Spannungsabfall zu erreichen. Und bei solchen Reglern 
ist halt die Stabilität schwieriger zu erreichen als bei 
NPN-Ausgangsstufen.

Autor: Nachtaktiver (Gast)
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Es gibt sogar welche die haben eine Interne Ladungspumpe und arbeiten 
mit einen N-Kanal FET welche für den stabilen Betrieb keinen 
Ausgangskondensator benötigen. Ein Kondensator verbessert aber 
Dynamische Lastwechsel bis zur einer gewissen Grenze. Das sind aber dann 
Spezialfälle.

Autor: Andrew Taylor (marsufant)
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Du schreibst aber auch:

> wenn ich mir die Datenblätter der gängigen LDO-Linearregler anschaue,
> dann sind ja die Anforderungen an den ESR des Ausgangskondensators
> relativ hoch bezüglich minimalem und maximalem ESR.

> Wie sehen Eure Erfahrungen und/oder Strategien zum Einhalten der
> ESR-Anforderungen aus?

Was wir lapidar kommentierne:
gängig sind für uns LT176x, und für die gilt anderes. wir nehmen halt 
die LDOs, für die wir das Problem nicht haben.

Bevor das ganze in einen (im übrigen sinnfreien) LDO Glaubenskrieg 
skaliert:

Mach halt so wie du damit glücklich wirst.

Autor: High Performer (Gast)
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Wieso jetzt der aggressive Ton? Wie soll man wegen LDOs einen 
Glaubenskrieg anfangen. Ich hatte lediglich nach euren Erfahrungen 
gefragt. Wusste nicht, dass das nicht gerne gesehen ist hier. OK, ich 
werde mich in Zukunft mit Fragen zurückhalten...

Autor: High Performer (Gast)
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>Bevor das ganze in einen (im übrigen sinnfreien) LDO Glaubenskrieg
>skaliert:
>
>Mach halt so wie du damit glücklich wirst.

Es zwang Dich niemand, Dich an diesem Thread zu beteiligen. Warum bist 
Du jetzt angesäuert?

SCNR!

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Man sollte einen Kondensator wählen, der möglichst breitbandig eine 
sinnvolle REALE Last darstellt. Also sein ESR sollte breitbandig 
'niveauvoll' liegen. Im Prinzip geht es hier um Anpassung bzw. Diplexer. 
Störimpuls werden irgendwo generiert, die müssen terminiert werden. Das 
geht nur in einer realen Last!

Früher wurden dafür Tantals benutzt. Nur sind die Standardtypen bei 
denen nicht kurzschlußfest. Die aufkommenden Keramikkondis waren zu 
niederohmig, die Elkos sind wenn es nicht spezielle low-ESR Typen sind 
einfach zu hochohmig (oder dann riesengroß!). Die (kompakten) Tantals 
lagen da genau in der Mitte mit ihrem ESR.
Der elegante Nachfolger der Tantals ist OS-CON und andere Polymertypen.

Dann gibts noch die Sache mit Alterung und Tieftemperaturverhalten vor 
allem bei Elkos. Unschön, wenn der Regler nach 10 Jahren auf einmal 
anfängt, bei -10°C im Gerät wie blöde zu schwingen...

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Wieso jetzt der aggressive Ton? Wie soll man wegen LDOs einen
>Glaubenskrieg anfangen. Ich hatte lediglich nach euren Erfahrungen
>gefragt. Wusste nicht, dass das nicht gerne gesehen ist hier. OK, ich
>werde mich in Zukunft mit Fragen zurückhalten...

Am besten sich garnicht erst darüber aufregen. Es entzieht sich 
vollständig deiner Kontrolle, wer was wie antwortet. Also bringt die 
Aufregung auch gar nichts.

Die Wahrheit ist, daß viele LDOs (vor allem die PNPs) intrinsisch 
instabil sind und erst mit einer bestimmten Kapazität in Serie mit einem 
bestimmten Widerstand am Ausgang stabil werden. Dabei verhalten sich die 
Typen teilweise sehr unterschiedlich, ja sogar gleiche Typen 
unterschiedlichen Produktionsdatums.

Bis zur Herstellung der keramischen Highcaps war das ja auch kein 
Problem, da der Hersteller in der Regel einen Tantal von so und so viel 
µF empfohlen hatte, der quasi automatisch den "richtigen" endlichen ESR 
mitbrachte.

Im Gegensatz zu den LDOs sind viele NPN-Regler, wie beispielsweise der 
LM78L05, vollkommen stabil, auch ohne irgend eine Kapazität am Ausgang.

Wenn du dir nicht sicher bist, ob du einen keramischen Cap an den 
Ausgang hängen kannst oder nicht, dann verwende einfach einen LDO der im 
Datenblatt ganz explizizt ausführt, daß der ESR bis herunter zu 0R sein 
darf. Es gibt nämlich mittlerweile LDOs, die die Stabilität über andere 
interne Maßnahmen erzielen und nicht mehr den endlichen ESR des 
Ausgangscaps brauchen.

Kai Klaas

Autor: ... (Gast)
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Wo gibt es Kerkos mit 0 Ohm ESR?

Autor: Kai Klaas (Gast)
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>Wo gibt es Kerkos mit 0 Ohm ESR?

0R natürlich nicht, aber deutlich unter 0,01R und das ist für viele LDOs 
absolut zu niedrig.

Kai Klaas

Autor: Abdul K. (ehydra) Benutzerseite
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Und ich bleibe dabei, der ESR dient auch zur Terminierung der von hinten 
aus der restlichen Schaltung kommenden Störungen. Der Regler wäre dafür 
viel zu langsam.

Autor: mhh (Gast)
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Abdul K. schrieb:
> Und ich bleibe dabei, der ESR dient auch zur Terminierung der von hinten
> aus der restlichen Schaltung kommenden Störungen. Der Regler wäre dafür
> viel zu langsam.

Ist eine Definitionssache. Störungen "von hinten" können den Regler ja 
auch aus dem Tritt bringen. Also könnte man den Ausgangselko + 
Leitungsinduktivität zum Verbraucher + Stützkondensatoren am Verbraucher 
als Filter ansehen. Ob das natürlich Absicht vom Schaltungsdesigner 
war...reine Spekulation.

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