9款稳压电源的业余测试

konrad · 发表于 2022-7-27 10:13

new1510 发表于 2022-7-26 17:41
电源接线端子放这个位置只有DIY才能见到

这板设计的出发点就是地向中心收拢

cloudfly55 · 发表于 2022-7-27 10:40

本帖最后由 cloudfly55 于 2022-7-27 10:41 编辑

Kwok_sir的稳压电源找到原因并测试完毕。

9款稳压电源测试结果重新更新如下：

9款稳压电源静态测量纹波噪声结果表-修正.gif

从测试结果对比可以看出，Kwok_sir的稳压电源的稳压电源在静态和动态电流测试项目下，确实优秀。

日王贝才 · 发表于 2022-7-27 10:53

cloudfly55 发表于 2022-7-27 10:40
Kwok_sir的稳压电源找到原因并测试完毕。

9款稳压电源测试结果重新更新如下：

楼主辛苦啦，找到的原因是什么？

naturey2000 · 发表于 2022-7-27 11:37

日王贝才发表于 2022-7-27 10:53
楼主辛苦啦，找到的原因是什么？

只有这两个电路的功率管是用场管

jacksl528 · 发表于 2022-7-27 11:45

综合性能田蛙桑、 Kwok_sir这下就靠前了，我喜欢的低纹波串联型稳压电源也不错（主要是制作简单）

无反馈电源做数字电路的稳压电源应该不错。

感谢分享~

lyr315 · 发表于 2022-7-27 13:15

把 1、3、7款的输出采样反馈分压电阻中，上臂电阻并联的电容，电容量加大到1到10uF，输出波动会小很多。

cloudfly55 · 发表于 2022-7-27 13:21

本帖最后由 cloudfly55 于 2022-7-27 15:46 编辑

应jacksl528兄回复中提出的建议，再次对国半的LM317T稳压电路进行了测试，结果如下。

jacksl528兄的建议：“我今天无意中看到一篇关于线性LDO内部电路的论文，想到一个问题，建议把LM317的输出电容（1uf）换成一枚10uF的钽电容（一定要是钽电容），再试试看。”
之所以有这个建议，应该是之前贴出的测试图表中，LM317T无论静态电流还是动态电流下的纹波噪声测试，都发现在3-5kHz之间有一个凸起，从我推测的纹波噪声和电源内阻呈现正相关性来看，虽然业余测试无法得到准确的电源内阻绝对值，但还是可以推测出LM317T的内阻变化趋势和纹波噪声变化趋势是一样的。同时，国半的LM317规格书上给出的纹波抑制特性和输出阻抗特性也可以和实测结果相互印证：

这次专门针对LM317做了一次测量，设置两个测量变量：调整端落地电容Cadj和输出电容Cout，还是通过测试设置的静态或者动态电流下相应的纹波噪声电压来绘制特性图表。测试用的实作LM317稳压电源电路源自官方文档：

LM317-NS规格书低纹波电路.png

实际制作中调整脚落地的Cadj采用10uF35V钽电容，输出电容Cout采用松下47uF100V电解电容。

1.首先判断采用不同的Cadj电容有什么影响：
在输出电容为47uF下，负载电流采用100Hz的交流12mA叠加50mA直流，设置了4种状态：Cadj=0(不接)，10uF电解，10uF钽电解。但为对比底噪凸起端的状态，特设置10uF电解+100uF输出电容。

LM317T-不同Cadj电容下的纹波噪声.png

可见Cadj不接入时纹波噪声差异很大，但在20kHz内，接入什么种类的电容，看不出差异，其实我还测试了10uF的薄膜电容，数据也是和普遍电解、钽电容一样，在155uV，只是忘记截图，就没加入进去。

下面是对应的4张测试截图，偷懒不转换成GIF了，细节和重点在于图下面的频谱，注意看凸起段。

Cadj=0(不接)
1-LM317-MI96k-50+12-CADJ-0u-Co-47u-3.03679mV.png

1-LM317-MI96k-50+12-CADJ-0u-Co-47u-3.03679mV.png

Cadj=10uF电解
2-LM317-MI96k-50+12-CADJ-10u-Co-47u-156.56uV.png

Cadj=10uF钽电解
3-LM317-MI96k-50+12-CADJ-钽10u-Co-47u-155.67uV.png

Cadj=10uF电解，输出电容Cout=100uF电解
4-LM317-MI96k-50+12-CADJ-10u-Co-100u-156.33uV.png

无论何种类型的Cadj，输出电容为47uF时，凸起段在3-4kHz，和电容种类无关，但把输出电容更换成100uF时，凸起段变为2-3kHz之间。改变电容值，也就改变了等效容抗，这个容抗也是和LM317内阻并联的，并且纳入LM317的反馈环路，所以凸起段才会产生改变。而Cadj为落地电容，本意是将不干净的干扰排除，越好的品质，排除得越干净，但对输出阻抗的频率特性没有影响。

2.在Cadj=10u普通电解电容下，测试不同种类输出电容的影响
测试采用了5种不同的输出电容：10uF电解电容，10uF钽电容，10uF薄膜电容，47uF电解电容，180uF电解电容。

LM317T-DC50mA下不同输出电容的纹波噪声.png

令人意外的是，输出电容品质越好，比如输出采用WIMA MKSII 10uV/63V时，纹波最大，次差是钽电容，反而普通电解的纹波电压最小，并且频谱曲线最为平坦。这同样也反映出，由于输出电容品质的不同，其等效容抗和ESR/ESL也会不同，纳入到LM317T之后也就会产生不同的变化，具体怎么解读，需要参考LM317内部电路进行具体分析（如果厂家提供的是准确的话）。

10uF电解电容
LM317-MI96k-DC50mA-CADJ-10u-Co-电解10u-静态-13.74uV.png

LM317-MI96k-DC50mA-CADJ-10u-Co-电解10u-静态-13.74uV.png

10uF钽电容

LM317-MI96k-DC50mA-CADJ-10u-Co-钽10u-静态-16.39uV.png

10uF薄膜电容

LM317-MI96k-DC50mA-CADJ-10u-Co-薄膜10u-静态-30.66uV.png

47uF电解电容

LM317-MI96k-DC50mA-CADJ-10u-Co-电解47u-静态-11.54uV.png

180uF电解电容。
LM317-MI96k-DC50mA-CADJ-10u-Co-电解180u-静态-9.41uV.png

3.输出选择3种不同类型的10uF输出电容，进行9种频率的动态电流测试。

LM317在不同动态电流和不同类型输出电容下的纹波噪声.png

和上面的静态电路测试类似，还是薄膜电容落败。
这让我想起，过去老师家长师傅等长辈经常在耳边提醒得起了茧子的话语：“脚踏实地，实事求是，实践是检验真理的唯一标准......”。这是我在测量之前也没想到的，薄膜电容安装在这个位置，是如此不适合。
三种不同种类的电容都反映出LM317在2kHz以上的纹波噪声极速增加，在10kHz附近到顶后开始下降，然后不管什么种类的电容，在20kHz附近回落到接近的程度。因为实测动态电流的频率在10kHz后直接做到了20kHz，因此具体滚降点还是比较粗略，不过大致反映出了问题，也就是LM317在2kHz人耳的敏感段，表现实在是不怎么样，和制作优良的分立元件稳压电路相比，除了体积小巧，生产使用方便，价格便宜，TO-220封装的电流可到1.5A这些优势之外，至少在输出阻抗和纹波抑制方面是没有优势的，另外不排除使用在给数字电路供电上可能会有于对比评测的稳压电路，当然也可能会劣于，因为我没条件进行更高频率是测试，和其他项目的测试。这段结论是个人建立在业余测试下的结果，反对者请提供有更专业的测试数据支撑的结果来驳斥，不接受瞎哔哔。

另：补上上述3种10uF输出电容的测试数据，为方便观察，把Cs和ESR放到同一个坐标系，也许对坛友思考有用。

3种10uF电容测试数据.gif

因为动态电流测量有27张图纸，因此作为附件上传，有兴趣的可以看看。

LM317动态测量.part10.rar (147.49 KB, 下载次数: 259)

LeonBernieniv · 发表于 2022-7-27 13:28

konrad 发表于 2022-7-27 10:13
这板设计的出发点就是地向中心收拢

这个做法会颠覆垃圾佬的一贯认知，如同回收重要客户米其林餐饮厨后的垃圾佬，一贯偷瞄厨师从来不用菜刀拍蒜。

cloudfly55 · 发表于 2022-7-27 14:44

日王贝才发表于 2022-7-27 10:53
楼主辛苦啦，找到的原因是什么？

原因在于MOS管Vgs上的开启电压不够，没有打开。
两款仿真软件均通过，并且仿真电路上MOS的Vgs有4V多的开启电压，有输出电流。也由于实际制作的电路中制MOS管的BJT管在MOS管没有开启的时候，可以充当调整管构成回路，完全可以正常调压和小电流输出，所以就没有仔细检查MOS管的工作状态，以为和仿真一样。
最后通过调整恒流源电流完美解决问题。

cloudfly55 · 发表于 2022-7-27 15:01

lyr315 发表于 2022-7-27 13:15
把 1、3、7款的输出采样反馈分压电阻中，上臂电阻并联的电容，电容量加大到1到10uF，输出波动会小很多。

所有稳压电源实际制作之前通过了仿真，1款采用1uF蓝色方形薄膜电容，3款采用10uF红色电解电容。7款是Sigma11，PCB是朋友提供，因为其口碑，所以该电容采用原厂方案，不作修改，保证其原始特性，由此验证Sigma11本来的特性。

cloudfly55 · 发表于 2022-7-27 15:49

jacksl528 发表于 2022-7-27 11:45
综合性能田蛙桑、 Kwok_sir这下就靠前了，我喜欢的低纹波串联型稳压电源也不错（主要是制作简单）

无 ...

洼田这类电路，如果用于小电流，算好调整管管耗并留点余地，同时采用贴片元件，不用于太高电压的话差分管也可以用贴片孪生管，这样实作其实可以吧洼田，K兄稳压和低纹波等电路做得很小巧。
Kwok_sir兄的稳压电路调试稍微有点技巧，其实还是很好做的。

jacksl528 · 发表于 2022-7-27 16:10

cloudfly55 发表于 2022-7-27 13:21
应jacksl528兄回复中提出的建议，再次对国半的LM317T稳压电路进行了测试，结果如下。

jacksl528兄的建议 ...

感谢测试：

对的，传统的LDO器件确实需要适当的大ESR的输出电容起到阻抗匹配的作用。

这一点AMS的1117在规格书上有相关说明。

常用电容的ESR值由小到大的划分：陶瓷（MLCC）＜薄膜电容＜聚合物＜固态＜钽＜电解电容

没想到的是 LM317需要普通电解电容的大ESR才能达到最佳工作状态。

jacksl528 · 发表于 2022-7-27 16:18

本帖最后由 jacksl528 于 2022-7-27 16:20 编辑

cloudfly55 发表于 2022-7-27 15:49
洼田这类电路，如果用于小电流，算好调整管管耗并留点余地，同时采用贴片元件，不用于太高电压的话差分 ...

补充： LM317这个器件肯定不适合用在数字电路做稳压，从你的测量曲线就可以看出来。它是针对以50-100hz
工频范围基波为中心优化的纹波抑制LDO器件。
当年国半和凌特的在电源管理芯片上还是存在差距。虽然两者都是世界数一数二的半导体制造商

cloudfly55 · 发表于 2022-7-27 17:47

jacksl528 发表于 2022-7-27 16:18
补充： LM317这个器件肯定不适合用在数字电路做稳压，从你的测量曲线就可以看出来。它是针对以50-100 ...

也许说不上什么针对性优化，而是当时的设计就根本没考虑宽频域或者没能力考虑。
再去看LT317的规格书给出的纹波抑制参数，就比LM317优秀得多，而可以肯定的是，两种的设计是完全不一样的，只是数字编号相同而已。可惜当年手上的LT317、LT337随时间的流逝不知所踪，只能缺席测量了。

Liuzhou · 发表于 2022-7-27 18:34

hds2019 发表于 2022-7-26 16:26
今天下午正好有空，见Liuzhou坛友在纠结声卡对微弱信号的反应问题，我也作了一次测试，使用外置声卡，R声道 ...

非常感谢！

lyr315 · 发表于 2022-7-27 19:11

LeonBernieniv 发表于 2022-7-27 13:28
这个做法会颠覆垃圾佬的一贯认知，如同回收重要客户米其林餐饮厨后的垃圾佬，一贯偷瞄厨师从来不用菜刀拍 ...

如果从极致/完美来说，输入插座的地线，确实不该如此直通输出端；
输入插座的地线最好先经过整流端滤波电容，然后从滤波电容的引脚处引出输出端地线；
只不过呢，电子产品是一个系统工程，PCB设计只有更好，没有最好；
系统的结果好坏，如果要比较，只有仪器测量为准；不跟别人比较，就以自己的听感为准。

jacksl528 · 发表于 2022-7-27 19:21

cloudfly55 发表于 2022-7-27 17:47
也许说不上什么针对性优化，而是当时的设计就根本没考虑宽频域或者没能力考虑。
再去看LT317的规格书给 ...

我从来没见过LT317 、337 不过现在的新器件好的太多可以选择了。国产的圣邦微很多产品可以媲美Ti 但跟凌特还有点差距

lyr315 · 发表于 2022-7-27 20:46

这几种电源，如果是让我评价哪种综合性能好，从原理上，我会选择3.JVC稳压电源，以及7.Sigma11稳压电源；这两种反馈环路增益感觉是比较高的。

1.洼田式稳压电源；功率管的恒流源电流值与差分管的增益，是个矛盾体，没法同时兼顾，只能折中选择；只有2级放大，所以环路增益稍显不足。

2.Kwok_sir稳压电源；我觉得主要是稳压二极管D3，静态电流太小，不好设置到最佳工作电流，所以输出电压的温漂可能会稍大。

3.JVC稳压电源；找不出什么毛病，主要看元件参数选择和调试。

4.无负反馈稳压电源；受三极管B-E极压降的稳定度限制，合适用在固定负载，不适合负载变化的电路。

5.低纹波稳压电源；弱点是基准稳压二极管D1的电压会随负载电流波动。

6.LM317经典稳压电源；工频纹波效果不错，KHz以上频率响应较差。

7.Sigma11稳压电源；按楼主位图纸，我觉得Q11的B-E极，直接钳死了Q7的C极电压，似乎有点问题。

8.五管甲类电源；输出电压采样反馈部分，即Q5 C3 稳压二极管这部分，思路不太好，有改进空间。

除了电路原理，参数设置、元件的参数性能/质量，PCB走线等也非常影响稳压电源的性能。

对稳压电路比较感兴趣，所以说些个人看法，不保证正确；
有坛友觉得不对可以一笑而过，也可以逐条提出观点反驳，但请不要像疯狗追着乱吠。

jacksl528 · 发表于 2022-7-27 21:20

我只看我比较关心的：
5.低纹波稳压电源；弱点是基准稳压二极管D1的电压会随负载电流波动。

基准稳压二极管工作在恒流状态下，电压不会负载电流波动

lyr315 · 发表于 2022-7-27 21:41

5.低纹波稳压电源；
如果调整管不是2个管子组成达林顿，而是只用1个三极管，稳压二极管电压变化会更明显；
用达林顿管，负载在轻载/重载变化时，输出电压变化也会比较明显。
本身稳压原理就是误差放大管分流掉恒流管的电流来完成稳压。

[电源] 9款稳压电源的业余测试

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