01 前言
一般而言,LDO的輸入端與輸出端要并聯(lián)一個(gè)電容來降低輸出噪聲,那么它們分別需要多大容量?需要多大耐壓?需要什么類型的電容?
02 輸入電容
以TI的TPS7A91為例,推薦的輸入電容也是10uF的陶瓷電容,但并沒有給出輸入電容容值與噪聲的關(guān)系,而是給出了一些說明:輸入電容要盡可能的減少啟動(dòng)或輸出電流階躍時(shí)的電壓下降,理論上說輸入電容越大則電壓降越小,但一味用過大的輸入電容可能會(huì)造成不必要的振鈴,因此可以用一個(gè)鉭電容與陶瓷電容并聯(lián),利用固態(tài)鉭電容的幾百毫歐的ESR與電容組成RC吸收電路來吸收不想要的電壓振鈴。
03 輸出電容
TI的TPS7A91推薦輸出電容為最小容值10uF的陶瓷電容(MLCC)。下圖是不同容值作為輸出電容的噪聲情況??梢钥闯?,隨容值增加,其噪聲水平會(huì)隨之下降。但其低頻下效果不明顯,僅考慮頻率的話,在低頻電路設(shè)計(jì)時(shí)為縮減成本,不需要很大的輸出電容。
同時(shí),大的輸出電容還能提高輸出瞬態(tài)負(fù)載響應(yīng)。
04 實(shí)際應(yīng)用
在實(shí)際應(yīng)用中怎么選擇輸入輸出電容呢?需考慮其直流偏壓特性(點(diǎn)擊閱讀:陶瓷電容的直流偏壓特性)、溫度特性(點(diǎn)擊閱讀:陶瓷電容的溫度特性)。
例如我們用TPS7A91輸出5V電壓,其推薦最低輸出電容為10uF,考慮到電壓裕度與成本,那么我們選擇10uF、10V的輸出電容就可以了嗎?當(dāng)然不是。
假設(shè)我們的設(shè)備工作在-55~85℃的溫度區(qū)間,我們選擇溫度系數(shù)為X5R的陶瓷電容,那么在這個(gè)溫度區(qū)間內(nèi),那么溫度引起的容量變化率最大為-15%。
再考慮到直流偏壓特性,10V額定電壓、10uF的1206封裝的MLCC電容在5V直流電壓下的實(shí)際容值為9uF,相當(dāng)于10%的誤差。
另外一般MLCC的額定容量誤差為10%~20%左右,即總的誤差為10%+10%+20%等于40%。
所以直接使用一個(gè)10uF的MLCC做輸出電容是完全不夠的。至少需要兩個(gè)10uF、1206、10V的溫度系數(shù)為X5R的MLCC并聯(lián);或者需要一個(gè)22uF、1210、10V的溫度系數(shù)為X5R的MLCC。
05 電容類型
那么無論何種LDO電路都應(yīng)該選用MLCC作為輸出電容嗎?當(dāng)然不是,MLCC的缺點(diǎn)很明顯,其容值受溫度、直流電壓影響較大,且受壓電效應(yīng)影響,其可能會(huì)因?yàn)檎饎?dòng)等外部機(jī)械振動(dòng)等產(chǎn)生噪聲電壓,這在極端情況下會(huì)產(chǎn)生mV級(jí)別的噪聲,這種噪聲在某些應(yīng)用中是不被允許的。
一般只要滿足最大等效串聯(lián)電阻ESL和最小容值的條件下下,輸出電容可以任意選擇不同類型。
固態(tài)鉭電容是另一個(gè)選擇,其容值不太會(huì)受到溫度、偏置電壓或機(jī)械振動(dòng)的影響,且單位體積下其容值較其他類型更大。當(dāng)然它也有缺點(diǎn),例如其ESR較高(幾百毫伏),且體積較大,泄漏電流大,有爆炸風(fēng)險(xiǎn)等。