|一份不错的LDO电容选型指南

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为什么电容的选择至关重要?
电容往往被人们所忽视。电容既没有数十亿计的晶体管也没有采用最新的亚微米制造工艺。在许多工程师的心目中电容不过是两个导体加上中间的隔离电解质。总而言之它们属于最低级的电子元件之一。
工程师们通常通过添加一些电容的办法来解决噪声问题。这是因为他们普遍将电容视为解决噪声相关问题的“灵丹妙药”很少考虑电容和额定电压以外的参数。但是和其他电子元器件一样电容也有缺陷例如寄生电容、电感、电容温漂和电压偏移等非理想特性。
为许多旁路应用或电容实际容值非常重要的应用选择电容时必须考虑上述这些因素。电容选择不当可能会导致电路不稳定噪声或功耗过大产品寿命缩短以及电路行为不可预测等现象。
电容技术
电容具有各种尺寸、额定电压和其它特性能够满足不同应用的具体要求。常用电介质材料包括油、纸、玻璃、空气、云母、各种聚合物薄膜和金属氧化物。每一种电解质都具有一系列特定属性可满足每种应用的独特需求。
在电压调节器中有三大类电容通常用作电压输入和输出旁路电容:多层陶瓷电容、固态钽电解电容和铝电解电容。
多层陶瓷电容
多层陶瓷电容(MLCC)同时具有小型、有效串联电阻和电感 (ESR和ESL)低、工作温度范围宽的优点通常是作为旁路电容的首选。
它并非无可挑剔。根据所用的电介质材料电容可能随温度变化和交直流偏置发生大幅偏移。此外因为在许多陶瓷电容中介电质材料具有压电性振动或机械冲击可能会转化为电容上的交流噪声电压。在大部分情况下此噪声一般处于微伏范围内。但在极端情况下可能会产生毫伏级的噪声。
VCO、PLL、RF PA以及低电平模拟信号链等应用对电源轨上的噪声非常敏感。这种噪声在VCO和PLL中表现为相位噪声而在RFPA中则为载波振幅调制。在EEG、超声波和CAT扫描前置放大器等低电平信号链应用中噪声会导致在这些仪器的输出中出现杂散噪音。在所有这些噪声敏感应用中必须认真评估多层陶瓷电容。
选择陶瓷电容时是否考虑温度和电压效应非常重要。多层陶瓷电容选型部分谈到了根据公差和直流偏置特性来确定某个电容的最小电容值的过程。
虽然陶瓷电容仍有缺点但对于许多应用都能够实现尺寸最小、性价比最高的解决方案因此在当今几乎每一类电子设备上都能看到它们的身影。
固态钽电解电容
这种电容单位体积电容最高(CV乘积) 。只有双层或超级电容才具有更高的CV乘积。
在1μF范围内陶瓷仍然更小且ESR低于钽但固态钽电容不太会受到温度、偏置电压或震动效应的影响。钽比陶瓷电容贵好几倍但在无法容忍压电效应的低噪声应用中钽常常是唯一可行的选择。
市面上的传统低值固态钽电容所用外壳往往一般较小故等效串联电阻(ESR)较高。大容值(>68 μF)钽电容可具有低于1Ω的ESR但一般体积较大。
最近市场上出现了一种新钽电容它使用导电聚合物电解质代替普通的二氧化锰固态电解质。过去固态钽电容浪涌电流能力有限需要一个串联电阻将浪涌电流限制在安全值内。导电聚合物钽电容不会受到浪涌电流限制。这项技术的另一好处是电容ESR更低。
任何钽电容的泄漏电流比等值陶瓷电容大好几倍可能不适合超低电流应用。
例如在85°C工作温度下1μF/25V钽电容在额定电压下的最大泄漏电流为2.5μA 。
多家厂商提供0805外壳、1μF/25V、500mΩESR的导电聚合物钽电容。虽然比0402或0603外壳的典型1μF陶瓷电容更大一些但0805在RF和PLL等以低噪声为主要设计目标的应用中电容尺寸还是明显有所缩小。
因为固态钽电容的电容值可以相对于温度和偏置电压保持稳定的电容特性因此选择标准仅包括容差、工作温度范围内的降压情况以及最大ESR 。
固态聚合物电解质技术的一大缺点是这类钽电容在无铅焊接工艺中更容易受高温影响。一般情况下制造商会详细说明电容不得暴露于三个以上的焊接周期。如果在装配工艺中忽视这一要求就会导致长期可靠性问题。