【转】LDO输出电容的选型_Detective_ALong_新浪博客

本文探讨了LDO稳压器中输出电容的选择及其对系统稳定性的影响。指出输出电容的等效串联电阻(ESR)对防止回路振荡至关重要,并详细分析了不同类型电容如钽电容和陶瓷电容的特点及适用场景。

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1、稳压器的稳定性取决于回路增益和回路相移,LDO也不例外。
2、通常所有的LDO都会要求其输出电容的ESR值在某一特定范围内,以保证输出的稳定性。 LDO制造商会提供一系列由输出电容ESR和负载电流组成的定义稳定范围的曲线,作为选择电容时的参考。这些推荐值可以从相关的Datasheet上看到。
3、输出电容是用来补偿LDO稳压器的相位裕度,不合适的ESR会引起回路振荡。基本上所有的LDO应用中引起的振荡都是由于输出电容的ESR过高或过低。
4、LDO的输出电容,一般地,钽电容是最好的选择。另一点非常重要,优质电容的ESR在-40℃到+125℃温度范围内的变化小于2:1。然而,铝电解电容在低温时的ESR会变大很多,所以不适合作LDO的输出电容,应排除在外。
5、应该注意,大的陶瓷电容(≥1uF)通常会用很低的ESR(<20mΩ),这几乎会使所有的LDO稳压器产生振荡。如果使用陶瓷电容就要串联电阻以增加ESR。而且大的陶瓷电容的温度特性较差(例如Z5U型),也就是说在工作范围内的温度的上升和下降会使容值成倍的变化,所以它不推荐使用。
6、可能你已注意到,某些LDO专门设计使用陶瓷电容,似乎与上面矛盾。已知有两款LDO,LP2985和LP2989,要求输出电容贴装超低ESR的陶瓷电容。 这种电容的ESR可以低到5~10mΩ。 也就是说,在如此低ESR的电容下,LP2985仍能够稳定工作。这是由于,在IC内部已经放置了钽输出电容来补偿零点,此LDO的零点已被集成在IC内部。这一做法是为了将可稳定的ESR的上限范围下降。可以查到,LP2985的ESR稳定范围是3Ω-500MΩ,因此它可以使用陶瓷电容。然而这样小的ESR却会使绝大多数的LDO稳压器引起振荡。
7、结论很容易得出:未在内部添加零点的典型LDO,所选ESR的范围一般为100mΩ-5Ω,只能使用钽电容而不能使用陶瓷电容。因此外部电容产生的零点必须处于足够高的频率,这样就不能使带宽很宽。否则,高频极点会产生很大的相移从而导致振荡。
### LDO 输出电容的作用 LDO输出电容主要用于稳定输出电压并减少纹波和噪声。通过在输出端连接合适的电容器,可以有效抑制因负载变化引起的瞬态响应波动[^1]。 --- ### LDO 输出电容选型参数 #### 1. **电容容量** - LDO 数据手册通常会指定推荐的最小输出电容值 (Cout_min),这是为了满足环路稳定性条件。 - 对于大多数 LDO 芯片,典型的输出电容范围为 1μF 至几十 μF。 - 如果应用环境对动态性能有更高要求,则可能需要更大的电容值以进一步提升瞬态响应能力。 #### 2. **耐压值** - 输出电容的额定工作电压应高于实际电路中的最大输出电压加上一定的安全裕量(通常是 1.5 倍至 2 倍)。例如,如果 LDO输出设定为 3.3V,则可以选择耐压值至少为 6.3V 或更高的电容。 #### 3. **ESR(等效串联电阻)** - ESR 是影响 LDO 性能的重要因素之一。过高的 ESR 可能导致不稳定甚至振荡现象发生。 - 许多现代 LDO 设计优化了内部补偿机制,允许使用低 ESR 类型如陶瓷电容作为 Cout;然而部分传统设计仍需搭配具有特定范围内较高 ESR 特性的钽电容才能正常运行。 #### 4. **温度特性与寿命考量** - 需要考虑目标应用场景下的温变情况及其对应材料特性的匹配度。比如,在极端高低温和高湿度环境下工作的设备宜选用 X7R/Y5V 等规格稳定的介质层叠式 MLCCs 多层瓷介芯片电容而非铝电解类元件。 #### 5. **封装尺寸** - 实际 PCB 板空间限制决定了可采用的具体物理外形大小。小型化趋势下 SMD 表面贴装技术成为主流选择,而具体型号则依据上述各项指标综合权衡决定。 --- ### 示例代码:计算所需最小输出电容 以下是基于典型数据表信息的一个简单 Python 函数用于估算给定条件下所需的最低限值: ```python def calculate_minimum_output_capacitance(load_current_mA, output_voltage_V=3.3): """ Estimate the minimum required output capacitance for an LDO. Parameters: load_current_mA (float): Maximum expected load current in milliamps. output_voltage_V (float): Output voltage of the LDO in volts. Returns: float: Estimated minimum output capacitance in microfarads. """ # Assuming a general rule that Cout should be at least proportional to Iload/100mA per uF min_cout_uF = max(1.0, load_current_mA / 100) return round(min_cout_uF, 2) # Example usage print(f"Minimum recommended C_out is {calculate_minimum_output_capacitance(200)}uF") ``` 此脚本仅提供粗略指导意义,并不适用于所有情形,请始终参照所使用的具体器件官方文档获取权威建议。 ---
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