輸出電容對LDO系統(tǒng)的影響

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(wěn)定，同時也過濾掉一些不必要的交流成分。因此人們經(jīng)常認為電容是解決輸出不穩(wěn)或噪聲問題的靈丹妙藥，設(shè)計時常常會多預(yù)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(shù)。然而，與所有電子器件一樣，電容并不是十全十美的;相反，電容會帶來寄生等效串聯(lián)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(yīng)也非常敏感。若選擇不當(dāng)，則可能導(dǎo)致電路不穩(wěn)定、噪聲和功耗過大、產(chǎn)品生命周期縮短，以及產(chǎn)生不可預(yù)測的電路行為。

LDO 相對于 DC-DC 等電源而言結(jié)構(gòu)上更加簡單，輸出電容對系統(tǒng)的穩(wěn)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(zhì)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(tǒng)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(tǒng)中還會體現(xiàn)一個等效串聯(lián)電阻(ESR)，而該 ESR 會系統(tǒng)中產(chǎn)生一個零點，零點頻率(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(diào)變時的能量提供外，還要考慮其 ESR 對系統(tǒng)的影響，不合適的 ESR 會引起回路振蕩。因此一般LDO 產(chǎn)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(chǎn)品。

常見的不同的電容材質(zhì)各有優(yōu)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(wěn)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(dāng)有些 LDO 接陶瓷電容系統(tǒng)不穩(wěn)定時，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