|一份不错的LDO电容选型指南( 二 )

任何钽电容的泄漏电流比等值陶瓷电容大好几倍可能不适合超低电流应用。
例如在85°C工作温度下1μF/25V钽电容在额定电压下的最大泄漏电流为2.5μA 。
多家厂商提供0805外壳、1μF/25V、500mΩESR的导电聚合物钽电容。虽然比0402或0603外壳的典型1μF陶瓷电容更大一些但0805在RF和PLL等以低噪声为主要设计目标的应用中电容尺寸还是明显有所缩小。
因为固态钽电容的电容值可以相对于温度和偏置电压保持稳定的电容特性因此选择标准仅包括容差、工作温度范围内的降压情况以及最大ESR 。
固态聚合物电解质技术的一大缺点是这类钽电容在无铅焊接工艺中更容易受高温影响。一般情况下制造商会详细说明电容不得暴露于三个以上的焊接周期。如果在装配工艺中忽视这一要求就会导致长期可靠性问题。
铝电解电容
传统的铝电解电容往往体积较大、ESR和ESL较高、漏电流相对较高且使用寿命有限(以数千小时计) 。
OS-CON型电容是一种与固态聚合物钽电容有关的技术实际上比钽电容早10年或更早就问世了。它们采用有机半导体电解质和铝箔阴极以实现较低的ESR 。因为不存在液态电解质逐渐变干的问题OS-CON型电容的使用寿命比传统铝电解电容有了很大的提高。
目前市面的OS-CON型电容可承受125°C高温但大多数仍停留在105°C 。
虽然OS-CON型电容的性能比传统的铝电解电容明显改善但是与陶瓷电容或固态聚合物钽电容相比往往体积更大、ESR更高。与固态聚合物钽电容一样它们不受压电效应影响适合要求低噪声的应用场合。
多层陶瓷电容选型
输出电容
ADI公司LDO设计采用节省空间的小型陶瓷电容工作但只要考虑ESR值便可以采用大多数常用电容。输出电容的ESR会影响LDO控制回路的稳定性。为了确保LDO稳定工作推荐使用至少1μF、ESR为1Ω或更小的电容。
输出电容还会影响负载电流变化的瞬态响应。采用较大的输出电容值可以改善LDO对大负载电流变化的瞬态响应。图1至3所示为输出电容值分别为1μF、10μF和20μF的ADP151的瞬态响应。
因为LDO控制环路的带宽有限因此输出电容必须提供快速瞬变所需的大多数负载电流。 1μF电容无法持续很长时间供应电流并产生约80mV的负载瞬变。 10μF电容将负载瞬变降低至约70mV 。将输出电容提高至20μFLDO控制回路就可捕捉并主动降低负载瞬变。测试条件如表1所示。

表1. 测试条件

图1.输出负载瞬态响应COUT = 1 μF

图2.输出瞬态负载响应COUT = 10 μF

图3.输出负载瞬态响应COUT = 20 μF
输入旁路电容
在VIN和GND之间连接一个1μF电容可以降低电路对PCB布局的敏感性特别是在长输入走线或高源阻抗的情况下。如果要求输出电容大于1μF应选用更高的输入电容。
输入和输出电容特性
只要符合最小电容和最大ESR要求LDO可以采用任何质量良好的电容。陶瓷电容可采用各种各样的电介质制造温度和所施加的电压不同其特性也不相同。电容必须具有足以在工作温度范围和直流偏置条件下确保最小电容的电介质。建议在5V应用中使用电压额定值为6.3V或10V的X5R或X7R电介质。 Y5V和Z5U电介质的温度和直流偏置特性不佳建议不要使用。
图4所示为0402、1μF、10V、X5R电容的电容与电压偏置关系特性。电容的电压稳定性受电容封装尺寸和电压额定值影响极大。一般来说封装较大或电压额定值较高的电容具有更好的电压稳定性。 X5R电介质的温度变化率在-40°C至+85°C温度范围内为±15%与封装或电压额定值没有函数关系。
考虑电容随温度、元件容差和电压的变化时可以利用公式1确定最差情况下的电容。