关于LDO输出电容选择时ESR注意的问题

关于LDO输出电容选择时ESR注意的问题

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  • 秀才60分

             在LDO的输出电容选择中,都会有一个对电容ESR值的范围的要求,以防止输出震荡的反生。对于消费类电子,多用的是X5R X7R陶瓷电容.而这类的电容的ESR是与频率相关的,即在不同的频率状态下它的ESR相差较大。

              下面是村田0.1μF 电容GRM155R61A104KA01 的ESR与频率的图形以供参考:

             但是LDO的datasheet只给出了ESR的值,而电容的ESR在不同的频率下的值可能会不符合datasheet的要求。所以,对这个ESR值的选择比较模糊。还请帮忙解答一下,也希望各位了解的不吝赐教。

             谢谢

  • 举人1871分

    这个曲线指的不是它的ESR值,而是它的电抗与频率的关系。

    电容可以等效为C,ESR和ESL的串联。

    在低频时,呈电容性,因此频率越高,电抗约低,而在高频时呈感性,频率越高,电抗越大。

    一般瓷片电容的ESR在5mOhm左右。

  • 举人1871分

    一般的,对于输出电容ESR有要求的LDO,如果选用瓷片电容,通常需要串一个低值电阻,因为瓷片电容的ESR非常小。

    你也可以选钽电容或电解电容这些ESR高的。

  • 秀才60分

    你好。 Robin 

    非常感谢你的解答。

    但是,在村田的介绍中可以知道电容的ESR也是具有频率特性的,电容的介电损耗和电极损耗会导致ESR的变化。请参考如下:

    在我的帖子里,在100K是的ESR会在0.226 ohm  而在10M 的频率的时候可以最小至0.016 ohm.

    所以在看咱们TI 的LDO的datasheet 时,LDO的稳定只有一个ESR的输出范围没有频率相关的特性,所以一直没有解决。也有可能是我的理解有偏差,还请帮忙解答,也当作大家的一个讨论学习吧。

    谢谢

  • 秀才60分

    hi Robin

    我发现在手机电路中应用的某个LDO的 ESR vs output current 的 ESR 范围是 0.01 ohm -- 10 ohm 

    但是手机电路里只是在输出使用了1μF /0.1 μF 的陶瓷电容,也并没有串联电阻。在手机电路使用的绝大部分都是MLCC的陶瓷电容,也几乎没有在LDO输出串接小电阻的。

    只是最近考虑 ESR和LDO的输出振铃问题的时候开始对此不解。

    还请参考,帮忙解答。

    谢谢

  • 举人1871分

    你说的那个数值是阻抗Z的变化,ESR应该看下面那条虚线,当然也和频率有关。

    推荐你一篇murata的文章

    http://www.murata.com/zh-cn/products/emiconfun-tw/capacitor/2013/02/14/tw-20130214-p1?intcid5=com_xxx_xxx_cmn_hd_xxx

  • 秀才60分

    谢谢推荐,这篇文章有看过,正是看完才对ESR和频率的关系有了深刻的理解。

    所以既然 ESR也会和频率相关,所以在确定电容的ESR是否符合LDO的要求的时候 应该怎么选择。因为像村田他们提供的是一个ESR与频率的曲线,在不同的频率下其ESR是不同的。他们没有提供一个确定值的ESR。

    这样的情况下该如何选择、确定?

  • 举人1871分

    现在很多LDO内部控制环路做的好,对输出电容的ESR基本没有要求,甚至都可以不需要输出电容(比如TLV733P),也可以正常工作。

    想问下您提到的某个LDO对于ESR的要求和下面提到的只使用陶瓷电容是同一个电路吗?谢谢!

  • 秀才60分

    是的。

    应该LDO都会有一个对电容ESR的要求吧,因为负反馈的存在都会有一定的几率引起振铃的发生。

    在手机电路中肯定会用到很多的LDO,同时用的几乎都是陶瓷电容。但是我还没有发现在电容上串接小电阻的。问过一些其他的工程师,他们说还从来没有考虑过这个问题。难道是LDO的相位裕度比较高的原因?(因为没有具体看,可能会在60°左右)。

    当然能轻松的使用陶瓷电容而不串接电阻肯定与LDO内部环路的控制有关。只是对于datasheet中只给出了ESR的值的范围而没有考虑ESR是一个与频率相关的值。这就导致了我对如何选择ESR产生了疑问。

  • 举人1871分

    参考一下这篇应用笔记,http://www.ti.com/lit/an/slva115/slva115.pdf

    我的理解是电容器的最小ESR应不低于LDO对ESR最小值的要求

  • 秀才60分

    OK.

    谢谢你的解答