什么情况下需要去掉LDO的输入电容?
硬件工程师笔记 2025-01-09

LDO输入电容我们平时都会加,但它会带来什么改善,如果何发挥输入电容的最佳效果,什么情况下没有它效果会更好?本文将对这三点内容进行整理归纳。

一、输入电容可能会带来的改善

输入电容对于LDO的关键性,远没有输出电容重要,因为后者事关环路稳定性。如果输出电容选型的不对,容值或者电容类型不对(比如AMS1117需要钽电容稳定环路),可能引发稳定性问题,导致输出震荡,工作异常。

但是对输入电容来说,即使我们没有放置它,很多时候也没有一点问题。因此,一些规格书里会在输入电容旁边注释Optional”。但一般情况下我们还是习惯性的加一个比如1uF的陶瓷电容,因为可能会带来一些改善,实际效果如何还需要测试,参见表1


表1 LDO使用输入电容可能会带来的改善

序号

改善

说明

1

降低输入源阻抗,抵消电抗性输入源

参见图1,关键是电容电压不能突变。

如果预计电感较大,比如电源线很长,且直接连到了LDO输入端,那么最好用电解电容。

2

瞬态响应

如果预计负载会有较大的di/dt,最好用大容量电容,否则放电电压可能会低于LDO的压差点。

3

输入纹波

陶瓷电容滤波效果更好,因为自谐振频率点更高。

4

PSRR

/


1 输入电容抵消电抗输入源


2 TLV771规格书中关于输入输出电容要求原文

当外接电源线过长,且直接连到板卡内的LDO时,注意在输入端用大容量的电解电容,可避免RLC欠阻尼的过冲电压等。 

二、怎样让输入电容的效果发挥到最佳?

LDO输入端放置的电容是否可达到预期的效果,需要考虑三点,参见表2。如果使用了电容却未考虑这三点,使用电容的效果会大打折扣。

表2 保持输入电容佳效果的三点考虑

序号

输入电容的三点考虑

说明

1

容值

见图2

大小取决于输入源阻抗(如电池源阻抗会随电量减小而增大),走线长度,是否负载端有较大的瞬态响应(如高速数字电路)等,一般1uF即可;

2

电容类型

见图3,一般用陶瓷电容,但要注意它的直流偏压效应,温度效应等。一般用X7R,注意有效容值。

3

位置

见图4


3 TLV771建议的电容器类型

4 TLV771的布局示例

三、什么情况下需要去掉LDO的输入电容?

对于超高PSRRLDO,比如LT3045,如果用它来当做DCDC的后置滤波器,没有输入电容反而高频PSRR会更好,有了它反而会变差。这一点常常有悖于直觉,因为增加输入电容一般会减小输入纹波的,为什么这里反而高频PSRR会更差呢?因为在电容上的高频AC电流会直接磁耦合到输出端,跳过了中间的LT3045,类似变压器。


5 LT3045-1的典型电路,它作为DCDC的后置滤波器,注意,这里没有输入电容


6 LT3042输入端未布设任何输入电容

7 LT3042输入端采用了一个4.7uF的陶瓷输入电容

与此类似的还有TI一款滤除高频的二级LC的推荐布局,参见图8和图9


8 TI一款可使用二级LC的滤除高频噪声的电源模块推荐布局

9 LT3045保持高频的高PSRR原理类似,如果二级LC与电源模块过近,小于8mm,那么二级LC的高频滤波效果就会大打折扣,因为高频噪声直接跳过它了,直接磁耦合到了输出端 

总结

LDO的输入电容虽然关键性没有输出电容,但如果我们更深入理解了它可能会带来的改善,如何实现这些预期的改善,以及什么情况下不能布设Cin,那么我们在应对LDO的输入电容问题时将会更加游刃有余。


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