Part 01 前言

低壓差線性穩壓器LDO的性能不僅依賴于內部電路設計，還與外部元件的選擇密切相關，尤其是輸出電容。輸出電容在負載瞬變響應、環路補償和穩定性中起著關鍵作用，選型不當可能導致輸出振蕩或性能下降。接下來我們就詳細講解一下LDO輸出電容的選型原則、計算方法及注意事項。

Part 02 輸出電容的作用是什么？

輸出電容在LDO電路中主要承擔以下功能：

負載瞬變響應：當負載電流發生突變時，輸出電容提供瞬時電流，減小輸出電壓的波動，確保系統穩定性。

環路補償與穩定性：輸出電容及其寄生等效串聯電阻（ESR）通過引入零點，改善環路相位裕度，避免振蕩。

濾波功能：平滑輸出電壓，抑制高頻噪聲和紋波。

所以選型時需綜合考慮容值、ESR以及PCB布局，以滿足瞬變需求和穩定性要求。

接下來我們就基于負載瞬變響應，環路補償與穩定性，濾波功能詳細說明一下輸出電容的選型。

Part 03 輸出電容選型

1.瞬變電流需求

負載瞬變是指負載電流從低到高或從高到低的快速變化，輸出電容需要快速響應以維持輸出電壓穩定。容值大小與最大瞬變電流Imax和瞬變持續時間△t 直接相關。

假設LDO 的控制環路響應時間為△t，在此期間輸出電容需提供全部瞬變電流。輸出電壓變化△Vout 可通過電容充放電公式計算：

因此，輸出電容Cout的最小值可由下式確定：

Imax：最大瞬變電流（單位：A)

△t：控制環路響應時間 (單位：s)

△Vout, max：允許的最大輸出電壓變化（單位：V)

舉個例子，假設LDO的負載瞬變電流Imax=100mA，控制環路響應時間 △t=1μS，允許的電壓變化△Vout,max = 50 mV。 則:

因此，至少需要2µF的輸出電容。實際設計中，通常選擇稍大的值，如4.7 µF或10µF以留有裕量，畢竟陶瓷電容的直流偏置特性你可不能不考慮！

2.LDO環路極點分析

LDO內部的誤差放大器工作在負反饋模式下，外部元件輸出電容和負載電阻會引入極點和零點，影響環路穩定性。忽略內部功率管的高頻極點 ，因為其頻率遠高于其他極點，對穩定性影響小，LDO環路主要包含以下兩個極點：

極點 P1：由放大器的輸出電阻Ramp和輸出電容Cout 構成，頻率為:

極點PL：由負載電阻RL和輸出電容Cout 構成，頻率為

這兩個極點分別引入90度的相位移，總計可能導致180度的相位移，使得環路增益在0dB時相位裕度不足，引發振蕩。輸出電容的寄生ESR會在環路中引入一個零點ZESR，其頻率為：

此零點會補償極點引起的相位延遲，改善相位裕度，避免環路相位移達到 180度。因此，ESR的值對穩定性至關重要。下一篇文章我們講一下輸出電容的ESR怎么選！

輸出電容的PCB布局對LDO性能也有影響，輸出電容應盡可能靠近LDO的輸出引腳，減少寄生電感。寄生電感會增加高頻阻抗，降低瞬變響應能力。PCB走線應短而寬，避免引入額外電阻和電感。電容的接地端應直接連接到LDO的地引腳，確保低阻抗接地路徑。

LDO輸出電容的選型與計算需要綜合考慮瞬變響應和穩定性。容值需根據最大瞬變電流和允許電壓變化計算，當然通過合理選擇電容類型，如陶瓷或電解電容并聯，并結合良好的PCB設計，LDO 可以在各種負載條件下實現穩定的輸出，讓你的電源穩了。