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主要内容包括:
①:LDO的输入电容
②:LDO的输出电容
③:输出电容实际应用
④:电容类型
一般而言,LDO的输入端与输出端要并联一个电容来降低输出噪声(点击阅读:电源之LDO-5. LDO的噪声),那么它们分别需要多大容量?需要多大耐压?需要什么类型的电容?
① 输入电容
以TI的TPS7A91为例,推荐的输入电容也是10uF的陶瓷电容,但并没有给出输入电容容值与噪声的关系,而是给出了一些说明:输入电容要尽可能的减少启动或输出电流阶跃时的电压下降,理论上说输入电容越大则电压降越小,但一味用过大的输入电容可能会造成不必要的振铃,因此可以用一个钽电容与陶瓷电容并联,利用固态钽电容的几百毫欧的ESR与电容组成RC吸收电路来吸收不想要的电压振铃。
② 输出电容
TI的TPS7A91推荐输出电容为最小容值10uF的陶瓷电容(MLCC)。下图是不同容值作为输出电容的噪声情况。可以看出,随容值增加,其噪声水平会随之下降。但其低频下效果不明显,仅考虑频率的话,在低频电路设计时为缩减成本,不需要很大的输出电容。
同时,大的输出电容还能提高输出瞬态负载响应。
③ 实际应用
在实际应用中怎么选择输入输出电容呢?需考虑其直流偏压特性(点击阅读:陶瓷电容的直流偏压特性)、温度特性(点击阅读:陶瓷电容的温度特性)。
例如我们用TPS7A91输出5V电压,其推荐最低输出电容为10uF,考虑到电压裕度与成本,那么我们选择10uF、10V的输出电容就可以了吗?当然不是。
假设我们的设备工作在-55~85℃的温度区间,我们选择温度系数为X5R的陶瓷电容,那么在这个温度区间内,那么温度引起的容量变化率最大为-15%。
再考虑到直流偏压特性,10V额定电压、10uF的1206封装的MLCC电容在5V直流电压下的实际容值为9uF,相当于10%的误差。
另外一般MLCC的额定容量误差为10%~20%左右,即总的误差为10%+10%+20%等于40%。
所以直接使用一个10uF的MLCC做输出电容是完全不够的。至少需要两个10uF、1206、10V的温度系数为X5R的MLCC并联;或者需要一个22uF、1210、10V的温度系数为X5R的MLCC。
④ 电容类型
那么无论何种LDO电路都应该选用MLCC作为输出电容吗?当然不是,MLCC的缺点很明显,其容值受温度、直流电压影响较大,且受压电效应影响,其可能会因为震动等外部机械振动等产生噪声电压,这在极端情况下会产生mV级别的噪声,这种噪声在某些应用中是不被允许的。
一般只要满足最大等效串联电阻ESL和最小容值的条件下下,输出电容可以任意选择不同类型。
固态钽电容是另一个选择,其容值不太会受到温度、偏置电压或机械振动的影响,且单位体积下其容值较其他类型更大。当然它也有缺点,例如其ESR较高(几百毫伏),且体积较大,泄漏电流大,有爆炸风险等。
----总结----
总结:本文总结了LDO的输入电容、输出电容概念并介绍了其实际应用,同时也介绍了输出电容的不同类型。
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