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[导读]低压降稳压器 (LDO) 可为所有类型的应用提供电源。但要使 LDO 正常工作,我们需要一个输出电容器。在应用中设计 LDO 时的一个常见问题是选择正确的输出电容器。在这篇文章中,我将探讨选择输出电容器时的不同考虑以及它可能如何影响我们的 LDO。

1.前言

低压降稳压器 (LDO) 可为所有类型的应用提供电源。但要使 LDO 正常工作,我们需要一个输出电容器。在应用中设计 LDO 时的一个常见问题是选择正确的输出电容器。在这篇文章中,我将探讨选择输出电容器时的不同考虑以及它可能如何影响我们 LDO。

2.什么是电容器?

电容器是一种用于储存电荷的装置,由一对或多对由绝缘体隔开的导体组成。电容器通常由铝、钽或陶瓷制成。在系统中使用时,这些材料中的每一种都有自己的优点和缺点,如表 1 中所列。我通常推荐陶瓷电容器,因为它们的电容变化很小,而且成本低。

 

3.什么是电容?

电容器是一种储存电荷的装置,而电容则是储存电荷的能力。在理想情况下,写在电容器上的值与其提供的电容量完全相同。但我们并不生活在一个理想的世界中,所以你不能以表面价值来衡量电容器。稍后我们将看到电容器的电容可能只有其额定值的 10%。这可能是由于直流电压偏置引起的降额、温度变化或制造商公差引起的降额。

4.直流电压降额

考虑到电容器的动态特性(以非线性方式存储和耗散电荷),在不施加外部电场的情况下可能会发生某些极化;这被称为“自发极化”。自发极化是由材料的惰性电场产生的,它使电容器具有初始电容。向电容器施加外部直流电压会产生一个电场,该电场会反转初始极化,然后“锁定”或将其余有源偶极子极化到位。极化与电介质内的电场方向有关。

如图 1 所示,锁定偶极子不会对 AC 电压瞬变做出反应;结果,有效电容变得低于施加直流电压之前的值。

1:直流电压降额

2 显示了对电容器施加电压的影响以及由此产生的电容。请注意较大的外壳尺寸如何损失较少的电容;这是因为较大的外壳尺寸在导体之间具有更多的电介质,这会降低电场强度并锁定更少的偶极子。

2:电容 vs. DC 偏置 vs. 电容尺寸

5.温度降额

与所有电子产品一样,电容器具有指定其性能的温度额定值。这种温度降额通常可以在电容器的数值下方找到。表 2 是电容器的温度系数额定值解码器表。

第一个特征:低温

第二个特点:高温

第三个特征:最大温度变化

特点

温度 (°C)

特点

温度 (°C)

特点

改变 (%)

10

2

45

一种

±1.0

-30

4

65

±1.5

X

-55

5

85

C

±2.2

 

 

6

105

D

±3.3

 

 

7

125

±4.7

 

 

8

150

F

±7.5

 

 

9

200

±10

 

 

 

 

电阻

±15

 

 

 

 

±22

 

 

 

 

+22, -33

 

 

 

 

+22, -56

 

 

 

 

+22, -82

2:陶瓷电容代号表

大多数 LDO 结温通常规定为 -40°C 至 125°C。基于这个温度范围,X5R 或 X7R 电容器是最好的。

如图 3 所示,温度本身对电容的影响远小于 DC 偏置降额,这可能会将电容值降低多达 90%。

3:电容 vs. 温度 vs. 温度系数

6.制造商公差

由于实际电容器的非理想特性,电容值本身可能会根据电容器的材料和尺寸而变化。制造电容器和其他无源电子元件的公司将有一个通用标准,说明其元件可以承受的电容值。在这篇文章中,我将在计算电容时使用 ±20% 作为制造公差。

7.一个真实的应用

一个常见的 LDO 应用是从 3.6V 电池获取输入电压,然后将其压降为微控制器 (1.8V) 供电。在本例中,我将使用 0603 封装的 10µF X7R 陶瓷电容器。0603 封装是指电容器的尺寸:0.06 英寸 x 0.03 英寸。

让我们找出该电容器在此应用中的真实电容值:

· 直流偏置降额:通过使用制造商提供的电容器直流偏置特性图表(图 2),我们可以看到电容值为 7μF。

· 热降额:如果该电容器处于 125°C 的环境温度,我们会看到电容值再下降 15%,使新的总数达到 5.5µF。

· 制造商容差:考虑到制造商的 ±20% 容差,电容的最终值为 3.5µF。

我们所见,在这些条件下,10µF 电容器的真实值为 3.5µF。电容值下降到标称值的 65% 左右。显然,并非所有这些条件都适用,但了解电容器可为我们的应用提供的电容值范围很重要。

8.结论

尽管 LDO 和电容器起初看起来很简单,但还有其他因素在影响 LDO 正常工作所需的有效电容


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