一般在電源的輸出端都會有一個或多個電容,其主要作用是維持輸出穩定,同時也過濾掉一些不必要的交流成分。因此人們經常認為電容是解決輸出不穩或噪聲問題的靈丹妙藥,設計時常常會多預留幾個電容用于解決問題,卻很少考慮電容和電壓額定值之外的參數。然而,與所有電子器件一樣,電容并不是十全十美的;相反,電容會帶來寄生等效串聯電阻(ESR)和電感(ESL)的問題,其電容值會隨溫度和電壓而變化,而且電容對機械效應也非常敏感。若選擇不當,則可能導致電路不穩定、噪聲和功耗過大、產品生命周期縮短,以及產生不可預測的電路行為。
LDO 相對于 DC-DC 等電源而言結構上更加簡單,輸出電容對系統的穩定性也就更加重要,那么我們該如何選擇電容了,是否是越大越好呢?電容材質上又有什么講究呢?
首先,我們來了簡單解下輸出電容對 LDO 系統的影響。如下圖是 3PEAK 的 TPL700 系列的簡單框圖。
輸出電壓通過連接到誤差放大器正相輸入端的分壓電阻采樣,誤差放大器的反相輸入端連接到一個參考電壓Vref(bandgap)。輸出電容除了提供電容本身外,在系統中還會體現一個等效串聯電阻(ESR),而該 ESR 會系統中產生一個零點,零點頻率(FZERO)與 ESR 及電容值密 切相關如下面的公式)。
FZERO = 1?(2π × COUT × ESR)
因此我們在給 LDO 選擇輸出電容時,除了要考慮容值是否足夠維持負載調變時的能量提供外,還要考慮其 ESR 對系統的影響,不合適的 ESR 會引起回路振蕩。因此一般LDO 產品都會對輸出電容提出推薦,如 TPL700 系列在使用中就推薦較小的 ESR≤100mΩ的輸出電容;而 TPL1761系列在使用中推薦的電容中 ESR 可以最大允許 3Ω。
電容選擇除了容值外,還要考慮耐壓、溫度、價格等因素。一般耐壓要選擇電容端實際電壓的 1.2 倍以上;超過工作溫度范圍,不僅會影響電容壽命,甚至直接損壞產品。
常見的不同的電容材質各有優缺點,大致如下:鋁電解容量大,ESR 大,精度低,價格便宜;鉭電容容量次與鋁電解,但比陶瓷電容大,ESR 較小,精度高、穩定性好,價格較高;陶瓷電容的容量低,但 ESR 很小,價格便宜,用途廣泛。
當有些 LDO 接陶瓷電容系統不穩定時,你知道可能的原因是什么了嗎?
另外再附兩篇關于LDO中電容選用的文章:
Low Dropout Regulators—Why the Choice of Bypass Capacitor Matters:https://www.analog.com/en/analog-dialogue/articles/why-bypass-capacitor-choice-matters.html
LDO basics: capacitor vs. capacitance:https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/archive/2018/08/01/ldo-basics-capacitor-vs-capacitance
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原文標題:LDO 的輸出電容選用
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