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。
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 |
/ |
图1 输入电容抵消电抗输入源
图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 |
图3 TLV771建议的电容器类型
图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PSRR的LDO,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。
图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
图6 在LT3042输入端未布设任何输入电容
图7 在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。
图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
图9 与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
四、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。