LDO 基础知识：电容器与电容
扫描二维码
随时随地手机看文章
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的 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。
图 1：直流电压降额
图 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。
图 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 （％） |
|
和 |
10 |
2 |
45 |
一种 |
±1.0 |
|
和 |
-30 |
4 |
65 |
乙 |
±1.5 |
|
X |
-55 |
5 |
85 |
C |
±2.2 |
|
|
|
6 |
105 |
D |
±3.3 |
|
|
|
7 |
125 |
和 |
±4.7 |
|
|
|
8 |
150 |
F |
±7.5 |
|
|
|
9 |
200 |
磷 |
±10 |
|
|
|
|
|
电阻 |
±15 |
|
|
|
|
|
秒 |
±22 |
|
|
|
|
|
吨 |
+22, -33 |
|
|
|
|
|
你 |
+22, -56 |
|
|
|
|
|
伏 |
+22, -82 |
表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%。
图 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。
如我们所见，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。
下载文档
