輸出電容對(duì)LDO系統(tǒng)的影響

一般在電源的輸出端都會(huì)有一個(gè)或多個(gè)電容，其主要作用是維持輸出穩(wěn)定，同時(shí)也過(guò)濾掉一些不必要的交流成分。因此人們經(jīng)常認(rèn)為電容是解決輸出不穩(wěn)或噪聲問(wèn)題的靈丹妙藥，設(shè)計(jì)時(shí)常常會(huì)多預(yù)留幾個(gè)電容用于解決問(wèn)題，卻很少考慮電容和電壓額定值之外的參數(shù)。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(huì)帶來(lái)寄生等效串聯(lián)電阻(ESR)和電感(ESL)的問(wèn)題，其電容值會(huì)隨溫度和電壓而變化，而且電容對(duì)機(jī)械效應(yīng)也非常敏感。若選擇不當(dāng)，則可能導(dǎo)致電路不穩(wěn)定、噪聲和功耗過(guò)大、產(chǎn)品生命周期縮短，以及產(chǎn)生不可預(yù)測(cè)的電路行為。

LDO 相對(duì)于 DC-DC 等電源而言結(jié)構(gòu)上更加簡(jiǎn)單，輸出電容對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性也就更加重要，那么我們?cè)撊绾芜x擇電容了，是否是越大越好呢?電容材質(zhì)上又有什么講究呢?

首先，我們來(lái)了簡(jiǎn)單解下輸出電容對(duì) LDO 系統(tǒng)的影響。如下圖是 3PEAK 的 TPL700 系列的簡(jiǎn)單框圖。

輸出電壓通過(guò)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(gè)參考電壓Vref(bandgap)。輸出電容除了提供電容本身外，在系統(tǒng)中還會(huì)體現(xiàn)一個(gè)等效串聯(lián)電阻(ESR)，而該 ESR 會(huì)系統(tǒng)中產(chǎn)生一個(gè)零點(diǎn)，零點(diǎn)頻率(FZERO)與 ESR 及電容值密 切相關(guān)如下面的公式)。

FZERO = 1?(2π × COUT × ESR)

因此我們?cè)诮o LDO 選擇輸出電容時(shí)，除了要考慮容值是否足夠維持負(fù)載調(diào)變時(shí)的能量提供外，還要考慮其 ESR 對(duì)系統(tǒng)的影響，不合適的 ESR 會(huì)引起回路振蕩。因此一般LDO 產(chǎn)品都會(huì)對(duì)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(jià)格等因素。一般耐壓要選擇電容端實(shí)際電壓的 1.2 倍以上;超過(guò)工作溫度范圍，不僅會(huì)影響電容壽命，甚至直接損壞產(chǎn)品。

常見(jiàn)的不同的電容材質(zhì)各有優(yōu)缺點(diǎn)，大致如下:鋁電解容量大，ESR 大，精度低，價(jià)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(wěn)定性好，價(jià)格較高;陶瓷電容的容量低，但 ESR 很小，價(jià)格便宜，用途廣泛。

當(dāng)有些 LDO 接陶瓷電容系統(tǒng)不穩(wěn)定時(shí)，你知道可能的原因是什么了嗎?

另外再附兩篇關(guān)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