Hallo zusammen,
ich kannte bei Linearreglern bisher die Faustregel Ein- und
Ausgangsseitig jeweils 100nF (Folie) und 47µ(Elko) vor zu sehen.
Ich sollte jetzt etwas aufbauen, wo nur eingangsseitig 100nF (Folie) und
Ausgansgseitig 1µF (Elko) vorgesehen sind.
Begründung, das Ding könnte schwingen, wenn man die
>47µ/100n[LinReg]100n/47µ
Topologie aufbaut.
Hat da jemand Kenntnis oder Referenzen zu?
viele Grüße!
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Chefkoch schrieb: > Hat da jemand Kenntnis oder Referenzen zu? Die sollte doch der haben, der das behauptet... > ich kannte bei Linearreglern bisher die Faustregel Ein- und > Ausgangsseitig jeweils 100nF (Folie) und 47µ(Elko) vor zu sehen. Und wer hat die aufgestellt? Warum nimmst du nicht ganz einfach und simpel genau die Beschaltung, die im Datenblatt des Reglers empfohlen oder gar vorgeschrieben wird? Und wenn du dann deine eigenen Bauteile "berechnen" willst, dann kannst du einfach dort weiterlesen, wo die "Detailed Design Procedure" beginnt.
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Chefkoch schrieb: > Hat da jemand Kenntnis oder Referenzen zu? Üblicherweise steht dazu was im Datenblatt. Ein Nicht-Low-Drop-Regler, wie der LM317 oder die 78xx welche sind, zeigt aber gegenüber größeren Kapazitäten ein unkritisches Verhalten. Es ist eher umgekehrt. Sieh doch mal typische Schaltungen an! Am Eingang hätte man z.B. nach einem Gleichrichter mehrere tausend µF. Gerade eingangsseitig haben große Kapazitäten nur Vorteile, wobei da immer ein kleines keramisches C nach an den Reglerpins vorhanden sein sollte. Am Ausgang hängt irgend eine Schaltung, die ev. auch mit recht großen Kapazitäten gestützt werden muss. Große Kapazitäten am Ausgang haben andere Einflüsse: Sie stützen große Lastsprünge besser, erhöhen aber die Ausregelzeit. Ich würde einen keramischen Kondensator deinem vorgesehenen Folienkondensator vorziehen. Im DB steht z.B., das eingangsseitig 1µ Tantal ausreicht, 10µ aber die Ripple-Unterdrückung verbessern. Am Ausgang braucht er nicht mehr als 1µ Tantal, größere Werte verbessern die Stabilität und die Ausgangsimpedanz. 1µ Tantal oder keramisch bzw. 25µ Elko sind sowohl am am Eingang als auch am Ausgang das empfohlene Minimum. Low-Drop-Regler neigen eher zum Schwingen, vor allem bei zu geringen Kapazitäten am Ausgang oder welchen mit falschem ESR. Das ist aber auch dort üblicherweise im DB ausführlich beschrieben.
Faustregeln sind für die, die mehr mit den Fäusten als dem Kopf arbeiten. Chefkoch schrieb: > Hat da jemand Kenntnis oder Referenzen zu? Das Datenblatt
HildeK schrieb: > Ich würde einen keramischen Kondensator deinem vorgesehenen > Folienkondensator vorziehen. Im DB steht z.B., das eingangsseitig 1µ > Tantal ausreicht, 10µ aber die Ripple-Unterdrückung verbessern. Keine Keramik- oder Folien-Kondensatoren! Diese Regler brauchen ein gewisses ESR (auch wenn der LM317 im Vergleich zu Low-Dropout Reglern unempfindlicher ist). es wird nicht ohne Grund Tantal oder Elko im Datenblatt empfohlen.
Lothar M. schrieb: > Und wenn du dann deine eigenen Bauteile "berechnen" willst, dann kannst > du einfach dort weiterlesen, wo die "Detailed Design Procedure" > beginnt. Schon etwas weiter vorne, unter 8.2.1 Design Requirements. Die darauffolgende detailed design procedure beschränkt sich bei TI z.B. nur auf die Rechnung zum Widerstandsteiler.
Ich habe im DB gelesen, aber eine "Design Procedure" gibt es nicht. https://www.st.com/resource/en/datasheet/lm217.pdf >@Udo K Was ist denn der Effekt, wenn der ESR zu klein ist?
Udo K. schrieb: > HildeK schrieb: >> Ich würde einen keramischen Kondensator deinem vorgesehenen >> Folienkondensator vorziehen. Im DB steht z.B., das eingangsseitig 1µ >> Tantal ausreicht, 10µ aber die Ripple-Unterdrückung verbessern. > > Keine Keramik- oder Folien-Kondensatoren! Tja, TI sagt dazu: A 0.1-μF or 1-μF ceramic or tantalum capacitor provides sufficient bypassing for most applications, especially when adjustment and output capacitors are used. > > Diese Regler brauchen ein gewisses ESR (auch wenn der LM317 im > Vergleich zu Low-Dropout Reglern unempfindlicher ist). > es wird nicht ohne Grund Tantal oder Elko im Datenblatt empfohlen. Oder eben auch Keramik als Hersteller Empfehlung .-)
Chefkoch schrieb: > h habe im DB gelesen, aber eine "Design Procedure" gibt es nicht. > https://www.st.com/resource/en/datasheet/lm217.pdf Nimm das DaBla von TI, link s.o. die Details sind bei allen Herstellern unterschiedlich "feingranular" gelistet.
Der Andere schrieb: > Faustregeln sind für die, die mehr mit den Fäusten als dem Kopf > arbeiten. Das sehe ich auch so. Und keine Faustregel ist so got wie die Angaben im Datenblatt. Und wer sich auf die Kapazität versteift, die angeschlossene Last aber nicht berücksichtigt, hat sowieso die gesamte Theorie dahinter nicht im Ansatz verstanden.
Udo K. schrieb: > Keine Keramik- oder Folien-Kondensatoren! Keine Folienkondensatoren, die können induktive sein durch den Wickel; Keramik-Cs sehr wohl! Warum steht denn im Datenblatt: 1µ Tantal oder 10µ Alu-Elko? Weil der Alu-Elko erst beim zehnfachen Kapazitätswert einen ausreichend niedrigen ESR hat. Und wenn in manchen Datenblättern nichts von Keramik-Cs steht, dann höchstwahrscheinlich deshalb, weil zur Geburt des Reglers (und des dazugehörigen Datenblatts) noch keine Keramik-Cs in dem Kapazitätsbereich zur Verfügung standen - oder zumindest in SMD so groß waren, dass die Fertiger das Kreuz gemacht haben (Cracks bei Löten). > Diese Regler brauchen ein gewisses ESR Das gibt es bei einigen (nicht bei allen) Low-Drop-Reglern. Bei den 'normalen' Linearreglern ist mir das noch nie begegnet.
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Im Anhang eine Simulation, die zeigt, dass ein LM317 Probleme mit niedrigem ESR hat. Das Bild zeigt den Eingangsstrom, wenn die Ausgangslast von 0 auf 500 mA schaltet.
HildeK schrieb: > Udo K. schrieb: >> Keine Keramik- oder Folien-Kondensatoren! > Keine Folienkondensatoren, die können induktive sein durch den Wickel; > Keramik-Cs sehr wohl! Warum steht denn im Datenblatt: 1µ Tantal oder 10µ > Alu-Elko? Weil der Alu-Elko erst beim zehnfachen Kapazitätswert einen > ausreichend niedrigen ESR hat. > Und wenn in manchen Datenblättern nichts von Keramik-Cs steht, dann > höchstwahrscheinlich deshalb, weil zur Geburt des Reglers (und des > dazugehörigen Datenblatts) noch keine Keramik-Cs in dem > Kapazitätsbereich zur Verfügung standen - oder zumindest in SMD so groß > waren, dass die Fertiger das Kreuz gemacht haben (Cracks bei Löten). > >> Diese Regler brauchen ein gewisses ESR > Das gibt es bei einigen (nicht bei allen) Low-Drop-Reglern. Bei den > 'normalen' Linearreglern ist mir das noch nie begegnet. Die Induktivität kannst du völlig vernachlässigen. Typische Regler tun bei 100 kHz schon nichts mehr. 100 nH haben bei 100 kHz gerade mal 60 MilliOhm... Daher spielt auch das Layout praktisch keine Rolle! Etwas Theorie: Ein Regler vergleicht ein Fehlersignal mit einem Referenzwert, und versucht durch negatives Feedback das Fehlersignal möglichst klein zu machen. Jeder Regler hat eine Schleifenverstärkung, und eine endliche Geschwindigkeit. Daher werden Fehlersignale mit hoher Frequenz weniger stark verstärkt, aber in der Phase gedreht. Wenn die Phase des Fehlersignals um 180 Grad gedreht wird, wird das Fehlersignal umgedreht, und aus der negativen Rückkopplung ist eine postitive Rückkopplung geworden! DAS will man nicht, daher muss bei dieser Frequenz die Schleifenverstärkung kleiner 1 sein, sonst schwingt der Regler. Die meisten Regler haben nun einen -6 dB / Oktave Abfall der Schleifenverstärkung, das entspricht einem RC Tiefpass mit 90 Grad Phasendrehung, und ist super stabil. ABER wenn noch ein Ausgangskondensator da ist, dann bildet der Ausgangs-C gemeinsam mit dem Innenwiderstand des Reglers eine zweiten RC-Tiefpass. Diesr dreht die Phase zusätzlich um 90 Grad. Im schlimmsten Fall hat der Regler 90 Grad Phasendrehung, und der RC-Tiefpass noch mal 90 Grad Phasendrehung => das ergibt aber 90+90 = 180 Grad Phasendrehung, und ist nicht stabil! Was macht nun der ESR? Durch das ESR wirkt der Kondensator bei hohen Frequenzen als Widerstand, Damit dreht er aber die Phase nicht mehr, und der Regler ist stabil. Die Grenzfrequenz ist für 47 uF und ESR=0.5 Ohm ca. 6.7 kHz (1 / (2 pi ESR * C)). Über 6.7 kHz ist der Kondensator also wirkungslos! Die Regelschleife hat damit nur gutmütige 90 Grad Phasendrehung, und der Ingenieur ist glücklich! Low Dropout Regler: Low-Dropout Regler haben am Ausgang einen PNP Transistor oder Mosfet. Diese haben einen hohen Innenwiderstand, weil ja der Kollektor am Ausgang hängt. Daher sind diese für das ESR viel empfindlicher, weil der Ausgangs-RC Tiefpass schon bei niedrigem fg = 1/(2 pi R_Regler * Cout) damit anfängt, die Phase zu drehen. fg ist daher in einem Bereich, bei dem die Schleifenverstärkung noch grösser 1 ist.. Erst bei fz = 1/(2 pi ESR * COUT) hört der Ausgangstiefpass wieder auf, die Phase zu drehen.
Udo K. schrieb: > Das Bild zeigt den Eingangsstrom, wenn die Ausgangslast von 0 auf > 500 mA schaltet. Beim Bild fehlt noch die Beschriftung... Die rote Kurve mit den Überschwingern ist mit ESR = 10 Milli-Ohm, die blau-graue mit ESR = 0.5 Ohm (typisch für Elko)
Udo K. schrieb: > Diese Regler brauchen ein gewisses ESR (auch wenn der LM317 im > Vergleich zu Low-Dropout Reglern unempfindlicher ist). Das widerrum ist eine Bauernregel von vorgestern. Moderne Regler brauchen keinen ESR. Beispiele: http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tps709.pdf http://ww1.microchip.com/downloads/en/devicedoc/25160a.pdf http://www.ti.com/lit/ds/symlink/tlv733p.pdf Der letzte LDO braucht überhaupt gar keinen Kondensator, weder am Eingang, noch am Ausgang. Bauernregeln -> Tonne. Darum: Datenblat lesen. Auch beim LM317.
>Diesr dreht die Phase zusätzlich um 90 Grad. >Im schlimmsten Fall hat der Regler 90 Grad Phasendrehung, >und der RC-Tiefpass noch mal 90 Grad Phasendrehung >=> das ergibt aber 90+90 = 180 Grad Phasendrehung Tief/Hochpässe haben nur im Extremfall einer unendlichen Frequenz 90° Phasenverschiebung. Integrier/Differenzierer haben +/-90. Mit zwei Tiefpässen kommt man nur beliebig nahe an den Nyquistpunkt heran. Da muss also noch etwas drittes sein.
Udo K. schrieb: > Typische Regler tun bei 100 kHz schon nichts mehr. 78xx: 40dB ripple rejection, 0,2 Ohm output impedance. Der empfohlene Output-C 1µF Tantal setzt erst bei 200 kHz und 0,4 Ohm ein.
Chefkoch schrieb: > Mit zwei Tiefpässen kommt man nur beliebig nahe an den Nyquistpunkt > heran. > Da muss also noch etwas drittes sein. Natürlich war die Überlegung vereinfacht. Wenn du lange genug suchst, wirst du auch noch einen vierten finden :-)
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Aus Interesse heraus noch ein Bild des Ausgangswiderstandes des LM317 mit Cout = 47 uF und 0.5 Ohm ESR (blau-grau), bzw 10mR (rot). Ab ca. 10 kHz spielt der Regler keine Rolle mehr, und der Ausgangs- Widerstand wird nur vom Ausgangs-C (bzw ESR) bestimmt. Man sieht schön das Problem mit Low-ESR am Peak bei 10kHz. Das LM317 Model ist ein Model auf Transistorebene, das nach dem Datenblatt nachgebaut ist. Also nichts offizielles.
Udo K. schrieb: > Ab ca. 10 kHz spielt der Regler keine Rolle mehr, und der Ausgangs- > Widerstand wird nur vom Ausgangs-C (bzw ESR) bestimmt. Die PSRR im Datasheet vom LM317 (TI) entspricht mit -37dB ungefähr der des 78xx.
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A. K. schrieb: > Udo K. schrieb: >> Typische Regler tun bei 100 kHz schon nichts mehr. > > 78xx: 40dB ripple rejection, 0,2 Ohm output impedance. Der empfohlene > Output-C 1µF Tantal setzt erst bei 200 kHz und 0,4 Ohm ein. Die Ripple-Rejection hat bei Frequenzen > 100 kHz beim LM317 nur mehr mit dem Ausgangs-C zu tun. Der Regler hat sich da schon verabschiedet. Natürlich hat das aber auch mit dem Wert des Ausgangs-C zu tun. Wenn du meinen Text gelesen hast, wird dir ja aufgefallen sein, das die Abnahme der Schleifenverstärkung ganz entscheidend mit dem Ausgangs-C zusammenhängt. Es gibt einen Bereich, wo die Schleifenverstärkung mit -40 dB / Dekade abnimmt! Nur im kritischen Bereich bei Schleifenverstärkung 1 muss die Abnahme -20 dB / Dekade sein - nur so erreicht man eine gute Phasenreserve von > 45 Grad. Ein grosses C sorgt nun dafür dass die Schleifenverstärkung schneller abnimmt, und der Regler ist gutmütiger. Bei einem kleinen C ist die Schleifenverstärkung grösser, und damit auch die Ripple-Rejection unter Umständen besser. Andererseits sorgt ein grosses C auch von sich aus für eine gute Ripple-Rejection...
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78xx-PSRR.gif
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Wie liest du dies? Der Output C ist optional und so wie ich diese Diagramme interpretiere, ist er im Diagramm der PSRR nicht drin und bei der OutImp erst ab 200 kHz wirksam.
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@ prx Eigentlich weiss ich nicht, was du willst? Ich will die Theorie hinter dem LM317 Regler etwas besser verstehen. Ich sage dir ja nicht, dass du jetzt 47 uF für alle deine Schaltungen verwenden musst... Der 78xx Regler hat mal gar nichts mit dem LM317 zu tun. Der LM317 Ausgangswiderstand, den du im letzten Diagram zeigst, stimmt eigentlich gut mit dem von mir gesagten überein. Ab ca. 1 kHz gibt der LM317 auf, und ab ca. 10 - 100kHz ist der Ausgangswiderstand vom unbekannten Ausgangs-C bestimmt. Der Ausgangs-C ist vielleicht 1uF mit 10 Ohm ESR, ich weiss es nicht. Meine Kurven sind für 47 uF und 0.5R bzw 10mR ESR gerechnet. So what?
Udo K. schrieb: > Eigentlich weiss ich nicht, was du willst? Deine ursprüngliche Aussage war ... Udo K. schrieb: > Typische Regler tun bei 100 kHz schon nichts mehr. ... und das stimmt einfach nicht. -40 dB PSRR ist nicht nicht "nichts mehr", sondern immer noch eine ganze Menge. Nichts mehr wäre 0 dB. Udo K. schrieb: > Der 78xx Regler hat mal gar nichts mit dem LM317 zu tun. Die Ergebnisse sind recht ähnlich und den LM317 hatte ich nachgereicht.
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Ich sehe bei deinen LM317 Kurven bei 100kHz nur -20 dB Ripple-Rejection... Und wenn ich raten soll, würde ich sagen, dass davon mindestens die Hälfte dem geringen Ausgangswiderstand des Ausgangs-C zu verdanken ist. Ist dir eigentlich aufgefallen, dass ich keine einzige Kurve mit Ripple-Rejection hergezeigt habe? Ich verstehe also nicht, was du willst...
Udo K. schrieb: > Ich sehe bei deinen LM317 Kurven bei 100kHz nur -20 dB > Ripple-Rejection... Für die Kurve mit Cadj sehe ich die -20 dB bei 1 MHz. Obacht - Cadj ist nicht Cout. > dem geringen Ausgangswiderstand des Ausgangs-C zu verdanken ist. IMHO ist da ist keiner, was das Diagramm angeht.
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Udo K. schrieb: > Das LM317 Model ist ein Model auf Transistorebene, das nach > dem Datenblatt nachgebaut ist. Ganz ehrlich? Ich würde doch den offiziellen Datenblättern etwas mehr vertrauen als einem selbstgebauten Simulationsmodell. Nichts desto trotz kann man damit natürlich prinzipielle Schwächen eines Designs erkennen. Aber inwieweit deine Simulation schon durch im Modell nicht vorhandenen parasitäre Kapazitäten auf dem Chip schwächelt ist dann wieder eine andere Frage.
Udo K. schrieb: > Das LM317 Model ist ein Model auf Transistorebene, das nach > dem Datenblatt nachgebaut ist. Also nichts offizielles. Der Andere schrieb: > Ganz ehrlich? Ich würde doch den offiziellen Datenblättern etwas mehr > vertrauen als einem selbstgebauten Simulationsmodell. Man muss nichts selbst bauen. Ein Modell auf Transistorebene gibt es vom Hersteller selbst, ganz offiziell: siehe Anhang
@Arno: Danke für das Model! Ich habe die Ripple Rejection und Output Impedance mit dem ST Model simuliert. Das Ergebnis passt zwar nicht ganz, ist aber im Prinzip richtig. Was ich für mich rausgefunden habe: - Es ist kein Problem Kermik-C zu verwenden, wenn Cout <= 1uF ist. Bei kleinem Cout ist die Ausgangs RC-Grenzfrequenz so hoch, dass die Schleifenverstärkung dann schon < 1 ist, ESR spielt keine Rolle. Die Regeleigenschaften sind sehr gut, da die Schleifenverstärkung nur mit -20 dB / Dekade abfällt. - Bei grossem Cout >= 10uF macht der RC Ausgangstiefpass schon eine merkbare Phasendrehung, und das ESR ist wichtig. Da nimmt man aber sowieso Elkos, mit relativ grossem ESR. - Grosses Cout is nur bei sehr schnellen und hohen Stromsprüngen notwendig. Simulationsbild ist 2x drinnen, keine Ahnung wie ich das rauslöschen kann...
Udo K. schrieb: > - Es ist kein Problem Kermik-C zu verwenden, wenn Cout <= 1uF ist. > Bei kleinem Cout ist die Ausgangs RC-Grenzfrequenz so hoch, dass > die Schleifenverstärkung dann schon < 1 ist, ESR spielt keine Rolle. > Die Regeleigenschaften sind sehr gut, da die Schleifenverstärkung > nur mit -20 dB / Dekade abfällt. > > - Bei grossem Cout >= 10uF macht der RC Ausgangstiefpass schon > eine merkbare Phasendrehung, und das ESR ist wichtig. > Da nimmt man aber sowieso Elkos, mit relativ grossem ESR. Ja, die normalen npn-Regler sind ganz einfach mit dominierendem Pol (bei etwa 100Hz) korrigiert. Der zweite interne Pol liegt über der Transitfrequenz und stört nicht. Der Ausgangspol liegt bei kleinen Lastkapazitäten infolge des geringen Ausgangswiderstandes des Emitterfolgers auch über ft. Bei großen Lastkapazitäten sink der Ausgangspol unter ft und vermindert die Phasenreseve merklich. Da hilft dann ein ESR, um mit einer Nullstelle die Phase wieder zurück zu drehen.
Ja, so habe ich das jetzt auch verstanden. Im Bild noch die 500mA Sprungantwort. Das erste Bild ist der Eingangsstrom, das zweite Bild ist die Ausgangsspannung. Die blaue Kurve ist mit 0.5 Ohm ESR, die grüne mit 10mOhm Interessant ist auch, dass der Eingangsstrom ganz schön arg schwingt, sich das aber kaum auf der Ausgangsspannung bemerkbar macht.
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