LDO-Simulation mit LTspice hängt

[Bernd E. (niro)]

Hallo,

seit einer Weile versuche ich einen simplen LDO in LTspice zu 
simmulieren und bekomme leider kein sinnvolles Ergebnis hin.
Die Simulation hängt bei 21% und es sieht so aus, als würde die 
Ausgangsspannung übel schwingen.
Ich habe schon einige ähnliche Teile in der Praxis gebaut und da nie 
solche Effekte gehabt.

Die Modelle sind direkt von TI und von Vishay.
Der OpAmp ist Rail-to-Rail und sollte das mit einer GBW von 1MHz 
eigentlich hinbekommen.
Der P-Fet ist ein 'normaler' Leistung-Fet mit 4.2W

Die Simulationsparameter stehen auf Standard, aber ich habe auch schon 
andere Einstellungen ohne Erfolg ausprobiert.
Wird dann eher noch schlechter.

Hat viellecht jemand eine Idee was ich hier falsch mache oder sieht das 
mit diesen Teilen am Ende wirklich so aus?

Vielen Dank
Bernd

[H. H. (Gast)]

Alternate Solver verwenden!

Und wenn du dir die Phasenreserve anschaust...

[HildeK (Gast)]

Bernd E. schrieb:
> Hat viellecht jemand eine Idee was ich hier falsch mache oder sieht das
> mit diesen Teilen am Ende wirklich so aus?

Verwende für C2 einen größeren Kondensator, der auch mit Verlusten 
behaftet ist, z.b. 10u oder 22µ als Al-Elko. Oder gebe ihm einen 
Serienwiderstand; der generische Spicekondensator ist zu ideal. Deine 
Praxisaufbauten hatten auch keinen idealen Kondensator in Verwendung 😀.
Dann ändert sich bei der Simulation bereits einiges, wenn man den 
Timestep auf 1µs oder 10µs setzt.
Auch würde ich dem OPA noch einen Serienwiderstand an den Ausgang 
schalten, so 100Ω bis 1kΩ. Das Gate ist eine kapazitive Last und das 
beantworten OPAs meist mit Schwingen.

[Achim S. (Gast)]

mein Vorschlag wäre: 10nF vom Ausgang des OPV auf den inv-Eingang. Und 
einen Vorwiderstand von 1kOhm zwischen Vref und inv-Eingang des OPV.

[Robert M. (r0bm)]

Bernd E. schrieb:
> Hat viellecht jemand eine Idee was ich hier falsch mache oder sieht das
> mit diesen Teilen am Ende wirklich so aus?

Ausgangskapazität vergrößern (z.B. 10...47u) und min. 0,5 Ohm in Reihe 
schalten. RC-Serienglied (z.B. 1k+47n) zwischen nichtinvertierenden 
Eingang und OPV-Ausgang. Ein Widerstand (>100 Ohm) zwischen OPV-Ausgang 
und Gate.

[hauspapa (Gast)]

Bernd E. schrieb:
> Hat viellecht jemand eine Idee was ich hier falsch mache oder sieht das
> mit diesen Teilen am Ende wirklich so aus?

Mit vollem Open Loop Gain direkt drauf dürfte tatsächlich etwas viel des 
Guten sein. Bei 100kHz macht der Opamp noch 20dB gain. Sobald jemand an 
der Phase dreht wird's ungemütlich.

Wie Achim vorschlägt mit Kondensator in der Rückkopplung die Verstärkung 
für hohe Frequenzen reduzieren (und damit letztlich Phasenreserve 
gewinnen) ist schon der richtige Ansatz.

Spannungsregler auf Kapazitäten sind aber eh immer ein bisschen zickig. 
Spätestens wenn da noch jemand einen grossen Elko dazu hängen kann.

Ein Beispiel von vielen: Texas Instruments spezifiziert für TPS7A02 den 
Bereich 0,5...22uF als garantiert stabil und schränkt die 
Kondensatorauswahl dann noch zusätzlich ein. (Datenblatt Tabelle 6.3 
Fussnoten 1&2, Kapitel 8.1.1)

viel Erfolg
hauspapa

[Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)]

Die Regelverstärkung ist zu hoch. Einfach den P-Mos durch einen NPN BJT 
ersetzen und die Eingänge des OPV vertauschen.

[Lutz V. (lvw)]

Wie schon erwähnt - die klassische Stabilisierungsmaßnahme ist ein 
kleiner Serienwiderstand Rs zu C2.
Ansonsten wird die (mit etwa 20dB/Dek) abnehmende OPV-Verstärkung - 
zusammen mit C2 - zu einer Schleifenverstärkung führen, die mit mehr als 
40dB/Dek durch 0dB läuft (Instabilität).
Durch den Serienwiderstand Rs wird - bei richtiger Dimensionierung - die 
Schleifenverstärkung (und damit auch deren Phase) wieder angehoben. Die 
Zeitkonstante Rs*C2 muss dabei so gewählt werden, dass die zugehörige 
Nullstelle bei einer Frequenz liegt, die unter der 
0dB-Durchgangsfrequenz der Schleife liegt.

PS: Verschärft wird die Stabilitätsproblematik noch durch die 
zusätzliche Verstärkung des MOSFET (und seinen Beitrag zur 
Phasendrehung).

[ArnoR (Gast)]

Lutz V. schrieb:
> Durch den Serienwiderstand Rs wird - bei richtiger Dimensionierung - die
> Schleifenverstärkung (und damit auch deren Phase) wieder angehoben.

Warum sollte durch den Serienwiderstand Rs die Schleifenverstärkung 
angehoben werden? Der Serienwiderstand verhindert nur eine weitere 
Abnahme der Verstärkung durch den Kondensator C2, die Verstärkung steigt 
aber nicht wieder an. Die Phasendrehung durch C2 wird von Rs natürlich 
aufgehoben.

[Lutz V. (lvw)]

ArnoR schrieb:
> Lutz V. schrieb:
>> Durch den Serienwiderstand Rs wird - bei richtiger Dimensionierung - die
>> Schleifenverstärkung (und damit auch deren Phase) wieder angehoben.
>
> Warum sollte durch den Serienwiderstand Rs die Schleifenverstärkung
> angehoben werden? Der Serienwiderstand verhindert nur eine weitere
> Abnahme der Verstärkung durch den Kondensator C2, die Verstärkung steigt
> aber nicht wieder an. Die Phasendrehung durch C2 wird von Rs natürlich
> aufgehoben.

OK - stimmt. Die Ausdrucksweise ist nicht ganz korrekt. Die Phase wird 
wieder angehoben und der Verstärkungsabfall "reduziert/gebremst" (also 
der Abfall wird um 20dB angehoben). Danke für die Korrektur.

[Bernd E. (niro)]

Vielen Dank für alle Antworten!
Wieder etwas gelernt!!
Jetzt funktioniert es auch bei mir...