¿Cómo calcular este regulador LDO y cómo evitar que oscile?

Simplemente no puede agregar ganancia a la salida de un amplificador operacional (transistores adicionales) y esperar que esto no oscile sin la compensación adecuada.

Vea también la hoja de datos del amplificador operacional NJM4559 que le estaba dando problemas. No hay nada en esa hoja de datos que incluso indique cuál es el margen de la fase. Espero ver una gráfica como esta: -

Esto es para un op-amp TL084 y necesitas estudiarlo en detalle; a bajas frecuencias, la diferencia de fase entre la salida y la entrada es de aproximadamente 180 grados, esto es lo que cabría esperar de un amplificador, es decir, se está invirtiendo en gran medida. A medida que aumenta la frecuencia, generalmente hay una mini meseta en la que el ángulo de fase se ha desplazado unos 90 grados, es decir, se está comportando como un integrador.

A medida que aumenta la frecuencia, la ganancia se reduce a la unidad y el margen de la fase es de unos 50 grados, es decir, está a 50 grados de ser un oscilador.

Algunos amplificadores operacionales son un poco más ajustados que esto, y para muchos amplificadores operacionales, el punto de ganancia unitaria (la frecuencia más alta en que podría ocurrir la oscilación) es mucho mayor. Para el NJM4559 esto es alrededor de 6MHz. Para el TL084 es solo de 3MHz.

Entonces, cablear un amplificador operacional con retroalimentación resistiva regular y sin transistores está bien para el TL084 y tal vez lo sea para el NJM4559, pero la hoja de datos no da ninguna indicación de que lo sea. Sería muy desconfiado de este dispositivo dada la especificación que leí.

Ahora, agregar ganancia en el bucle de realimentación (los dos transistores) causará problemas casi todas las veces, básicamente está cambiando el punto de ganancia unitaria del op-amp up (quizás 20 dB o más) y esto podría mueva muy bien el punto de ganancia de unidad real en el gráfico hasta 10 veces en frecuencia. Es probable que también esté degradando las características de la fase y ahora tiene un oscilador porque el margen de la fase ha caído masivamente a 0 grados en la ganancia unitaria.

Entonces, vuelva a evaluar cuál es la ganancia a 0 grados y descubrirá que está a varios dB por encima de la unidad = oscilador.

Bajar la ganancia de los dos transistores es un buen comienzo: coloque una resistencia de fuente en M1 de quizás 4k7 y reduzca R2 a 4k7; esto es un comienzo, pero de ninguna manera podría ser lo único que necesita hacer.

Un DMM es una mala manera de verificar si hay oscilaciones. En su lugar, use un instrumento adecuado que se llame un osciloscopio.

Para evitar oscilaciones, es necesario agregar alguna compensación de frecuencia en la ruta de retroalimentación para disminuir la respuesta de retroalimentación. El circuito utilizado puede tener que ser más que un simple filtro de paso bajo.

La compensación se sintoniza principalmente con el tiempo de respuesta de la ruta de avance a través del circuito, incluida la ganancia operativa, la velocidad de giro de las luces operativas y los tiempos de conmutación FET. Sin embargo, habrá cierta necesidad de lidiar con el diseño del circuito y el acoplamiento cercano entre los cables y los componentes.

Ya que ha configurado M1 para tener una ganancia negativa de la salida OA1 a la puerta de M2, necesita, como mínimo, voltear las entradas del amplificador operacional - la retroalimentación va a (+), el punto de ajuste va a (-) . Tal como está, su circuito siempre oscilará - puede que simplemente no vea la oscilación.

El R2 alimenta aproximadamente 4nF de la capacitancia de la puerta de M2. Eso produce un polo en la respuesta de bucle cerrado a 2 kHz: M2 está dentro del bucle de realimentación, después de todo. Como M1 se activará en cierta medida durante la regulación, la resistencia equivalente vista por la compuerta será menor. Sin embargo, seamos conservadores y simplemente utilicemos el valor de R2. Necesitas disminuir R2 en un factor de 10, a 2kOhm para obtener el polo hasta 20kHz.

También deberá agregar una retroalimentación negativa local alrededor de OA1, para estabilizarla agregando un polo bien debajo del polo de 20 kHz debido a R2 / Cin_M2. Aísle la tensión de referencia de la entrada (-) con una resistencia de 4.7 k. Luego agregue un condensador de 10 nF de la salida OA1 directamente a la entrada (-). Esto produce un polo a 3.3 kHz, muy por debajo del polo de 20 kHz del circuito de salida.

Esto es tan bueno como lo conseguirás con la arquitectura que elegiste. Lo que realmente mata el rendimiento de este circuito es el uso de un controlador de código abierto M1.

En su lugar, podría usar un par de diodos de silicio en serie, omitidos por un condensador. Esto restauraría el ancho de banda en su circuito. Por supuesto, aún necesitaría la resistencia de pull-up, pero ya no influiría en la respuesta de frecuencia.