線性穩壓器必須接入一個輸出電容以保持其穩定性。如果將線性穩壓器描述為一個簡單的控制系統，那么輸出電容就是該控制系統的一部分。像所有的控制系統一樣，線性穩壓器也有一些不穩定的區域。這些區域的穩定性很大程度上取決于該系統的兩個參數：輸出電容的電容值及其等效串聯電阻(ESR)。

應用圖表

對輸出電容的要求已在每個線性穩壓器的數據手冊中注明。

例：TLE42754輸出電容要求

一般而言，ESR-輸出電流圖位于英飛凌穩壓器數據手冊的穩定性板塊中。

沒有最小ESR要求的穩定性圖(TLE42754)

大多數英飛凌線性穩壓器都被設計成可在極低ESR電容下保持穩定。根據汽車電子的要求，推薦使用X5R或X7R電介質材料的陶瓷電容。

也有一些較舊的線性穩壓器(見下表)為了保持穩定性，要求輸出電容有一定的ESR。這些穩壓器是此前鉭電容器廣泛使用時被設計出來的。因此，使用陶瓷電容時，建議額外連接一個串聯電阻到電容器上。

有最小ESR要求的穩定性圖(TLE4271-2)

在選擇器件時，遵循數據手冊中對于輸出電容的要求是十分重要的。如果特定的要求無法被滿足，穩壓器可能不穩定并導致輸出電壓振蕩。

根據數據手冊，擁有 CQ 和 ESR(CQ) 的穩定輸出

過高的ESR (CQ)引發的振蕩

過低的 ESR(CQ) 引發的振蕩

ADI公司的低壓差調節器(LDOs)可以與節省空間的小型陶瓷電容配合使用，但前提是這些電容具有低等效串聯電阻(ESR);輸出電容的ESR會影響LDO控制環路的穩定性。為確保穩定性，建議采用至少1 μF且ESR最大為1 Ω的電容。

輸出電容還會影響調節器對負載電流變化的響應。控制環路的大信號帶寬有限，因此輸出電容必須提供快速瞬變所需的大多數負載電流。當負載電流以500 mA/μs的速率從1 mA變為200 mA時，1μF電容無法提供足夠的電流，因而產生大約80 mV的負載瞬態，如圖1所示。

圖1.瞬態響應COUT= 1 μF

當電容增加到10 μF時，負載瞬態會降至約70 mV，如圖2所示。

圖2.瞬態響應COUT= 10 μF.

當輸出電容再次增加并達到20 μF時，調節器控制環路可進行跟蹤，主動降低負載瞬態，如圖3所示。這些示例都采用線性調節器ADP151其輸入和輸出電壓分別為5 V和3.3 V。

圖3.瞬態響應COUT= 20 μF.

線性穩壓器的輸入電容

在VIN和GND之間連接一個1μF電容可以降低電路對PCB布局的要求，特別是在長輸入走線或高信號源阻抗的情況下。

如果輸出端上要求使用1μF以上的電容，則應增加輸入電容，使之與輸出電容匹配。

輸入和輸出電容特性

輸入和輸出電容必須滿足預期工作溫度和工作電壓下的最小電容要求。陶瓷電容可采用各種各樣的電介質制造，溫度和電壓不同，其特性也不相同。對于5 V應用，建議采用電壓額定值為6.3 V至10 V的X5R或X7R電介質。Y5V和Z5U電介質的溫度和直流偏置特性不佳，因此不適合與LDO一起使用。

圖4所示為采用0402封裝的1μF、10 V X5R電容與偏置電壓之間的關系。電容的封裝尺寸和電壓額定值對其電壓穩定性影響極大。

圖4.電容與電壓的特性關系

一般而言，封裝尺寸越大或電壓額定值越高，電壓穩定性也就越好。X5R電介質的溫度變化率在-40°C至+85°C溫度范圍內為±15%，與封裝或電壓額定值沒有函數關系。

確定溫度、元件容差和電壓范圍內的最差情況下電容，可用溫度變化率和容差來調整標稱電容，如公式1所示：

其中CBIAS是工作電壓下的標稱電容;TVAR是溫度范圍內最差情況下的電容變化率(百分率);TOL是最差情況下的元件容差(百分率)。

本例中，X5R電介質在-40°C至+85°C范圍內的TVAR為15%;TOL為10%;CBIAS在1.8 V時為0.94μF，如圖4所示。將這些值代入公式1，即可得出：

為保證LDO的性能，必須正確認識并嚴格評估旁路電容的直流偏置、溫度變化率和容差。在要求低噪聲、低漂移或高信號完整性的應用中，也必須考慮電容技術。所有電容都存在一些不夠理想的行為效應，因此所選的電容技術必須與應用需求相適應。

1、穩壓器的穩定性取決于回路增益和回路相移，LDO也不例外。

2、通常所有的LDO都會要求其輸出電容的ESR值在某一特定范圍內，以保證輸出的穩定性。LDO制造商會提供一系列由輸出電容ESR和負載電流組成的定義穩定范圍的曲線，作為選擇電容時的參考。這些推薦值可以從相關的Datasheet上看到。

3、輸出電容是用來補償LDO穩壓器的相位裕度，不合適的ESR會引起回路振蕩。基本上所有的LDO應用中引起的振蕩都是由于輸出電容的ESR過高或過低。

4、LDO的輸出電容，一般地，鉭電容是最好的選擇。另一點非常重要，優質電容的ESR在-40℃到+125℃溫度范圍內的變化小于2:1。然而，鋁電解電容在低溫時的ESR會變大很多，所以不適合作LDO的輸出電容，應排除在外。

5、應該注意，大的陶瓷電容(≥1uF)通常會用很低的ESR(<20mΩ)，這幾乎會使所有的LDO穩壓器產生振蕩。如果使用陶瓷電容就要串聯電阻以增加ESR。而且大的陶瓷電容的溫度特性較差(例如Z5U型)，也就是說在工作范圍內的溫度的上升和下降會使容值成倍的變化，所以它不推薦使用。

6、可能你已注意到，某些LDO專門設計使用陶瓷電容，似乎與上面矛盾。已知有兩款LDO，LP2985和LP2989，要求輸出電容貼裝超低ESR的陶瓷電容。這種電容的ESR可以低到5～10mΩ。也就是說，在如此低ESR的電容下，LP2985仍能夠穩定工作。這是由于，在IC內部已經放置了鉭輸出電容來補償零點，此LDO的零點已被集成在IC內部。這一做法是為了將可穩定的ESR的上限范圍下降。可以查到，LP2985的ESR穩定范圍是3Ω-500MΩ，因此它可以使用陶瓷電容。然而這樣小的ESR卻會使絕大多數的LDO穩壓器引起振蕩。

7、結論很容易得出：未在內部添加零點的典型LDO，所選ESR的范圍一般為100mΩ-5Ω，只能使用鉭電容而不能使用陶瓷電容。因此外部電容產生的零點必須處于足夠高的頻率，這樣就不能使帶寬很寬。否則，高頻極點會產生很大的相移從而導致振蕩。

原文標題：線性電源：線性穩壓器的輸出電容

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審核編輯：湯梓紅