线性稳压器IC的输入输出电容设计和纹波对策

01线性稳压器IC的输入输出电压差与瞬态响应及纹波抑制比之间的关系

线性稳压器IC工作时的最小输入电压是从产品规格书“输入输出电压差vs输出电流”图表中读取所用负载电流下的输入输出电压差，并与输出电压相加得出的。下图是从BDxxIC0W系列的产品规格书中摘录的示例。例如，当负载电流（输出电流）IO为0.6A时，输入输出电压差Vdrop约为0.25V，如果所需的输出电压为3.3V，则最小输入电压为3.3V+0.25V=3.55V。图表中的特性值通常为典型值。

输入输出电压差与输出电流（负载电流）的关系示例

在上述示例那样输入输出电压差尽可能小的条件下，需要注意以下几点。这种情况下，虽然DC能够工作并输出既定的电压，但控制能力会有所下降。

输入输出电压差较小时，无法在短时间内从输入向输出提供足够的电流，导致负载响应特性下降。另外，响应速度变慢，PSRR（纹波抑制比）特性也会随之恶化。

如果仅从效率角度出发将输入输出电压差设为最小值，线性稳压器在某些工作条件下可能无法充分发挥其性能。因此，需确认能够满足负载响应性能和PSRR特性的输入电压，并在效率与各项特性之间找到平衡点。

02线性稳压器IC的输出控制（EN）引脚

通过EN引脚可以控制输出的开启/关闭。BDxxIC0系列中，当在EN为低电平时，VO关闭，IC整体停止工作，消耗电流为零；EN为高电平时，IC启动，VO开启。下图为电路示例。

为确保IC的启动/关闭，需按照产品规格书电气特性中规定的值给EN引脚施加电压（下表摘自产品规格书）。

※Ta＝25℃、VCC＝3.3V、R1＝16kΩ、R2＝7.5kΩ

作为设计参考值，阈值的中心值约为1.7V，容差为±0.2V左右，温度特性约为1.85V～1.5V（-40℃～+105℃），整体为1.3V～2.05V左右。

EN引脚是输出电压开/关控制引脚，起开关作用，但通常会以EN输入在短时间内完成High/Low切换为前提来进行设计。请勿将EN引脚固定在High/Low切换的中点电位（上述1.3V～2.05V附近），因为输出电压在中点电位可能不稳定。

VCC和EN的上电时序没有限制。下图为EN引脚电压（VEN）保持High状态下施加VCC（左图）时和施加VCC后将VEN设置为High（右图）时的输出电压（VO）启动波形的示例。由此可见，无论上电时序如何，输出启动均遵循逻辑上的“AND”关系。关闭时同样不受时序影响，VEN为Low或VCC被切断时，输出都会关闭。另外，其他系列或制造商可能有特定的时序要求，因此务必查阅各IC产品规格书中的工作条件。

不使用输出控制功能时，请将EN引脚直接连接至VCC，此时无需串联电阻。电路示例如下所示：

作为设计参考值，EN引脚变为High后到输出电压开始启动的延迟时间约为70μs（见下图）。此处的“开始启动”是指输出VOUT上升至10%的时刻。

通过机械开关控制EN引脚时，开关的抖动可能会导致输出电压也出现波动。此时，请在EN引脚前端插入RC滤波器以防止抖动波形进入EN引脚（见下图）。

另外，EN引脚与开关之间的布线较长时，线路的电感分量可能引发较大的脉冲波形，当该电压超过EN引脚耐压值时可能会导致IC损坏。此问题同样可以通过在EN引脚前端插入RC滤波器来抑制脉冲波形的峰值进行应对（见下图）。

无论哪种情况，都需要在实际设备上使用示波器等仪器确认RC滤波器的效果，并根据电容器C的容值进行调整。

03线性稳压器IC输出电容的注意事项

在线性稳压器IC的电源电路中，通常需要在输入端和输出端分别配置电容器。接下来将介绍输出电容与输入电容的相关注意事项。首先介绍输出电容的注意事项。

电路板布局

输出电容应尽可能靠近线性稳压器IC的VO引脚安装，并连接至相邻的接地端，以确保线性稳压器环路控制的稳定性。理想状态是尽可能靠近IC的VO引脚安装，大致目标是放置在距离IC3cm以内的位置。

静电容量

对于BDxxIC0W系列，考虑到容差和温度特性，需选择实际静电容量值为1μF以上的电容器。容量过小可能会导致电路振荡。

输出电容的最大电容值没有限制，但需注意以下事项。增加输出电容容量会延长电源开启时的充电时间及关闭时的放电时间。另外，电源关闭时，若出现输出电压高于输入电压的情况，可能导致IC内部产生反向大电流而损坏IC。在这种情况下，必须在电路中添加旁路二极管或防反二极管。其具体内容将在“引脚保护”一文中单独介绍。

ESR（等效串联电阻）

输出电容的ESR值应在下述图表所示的稳定工作范围内。该图表是基于右侧所示的测试电路获得的，与实际使用的电容器并非完全等效。此外，这些数值是基于IC单体及电阻负载测得，实际应用中会受电路板的走线阻抗、输入电源阻抗及负载阻抗等因素的影响，因此必须在最终产品实际工作条件下充分验证是否会发生振荡。

陶瓷电容

使用陶瓷电容时，推荐选用温度特性优异的X5R和X7R材质。Z5U、Y5V及F类材质的电容量变化较大，应避免使用（见下图）。

由于容差、温度特性和DC偏压特性的影响，实际容量会低于标称值，因此请选择容量不低于最小值（1μF）的电容器。另外，电容器尺寸越小，其DC偏压特性导致的容量衰减往往越显著（见下图）。

铝电解电容

电解电容具有成本低、容量大的优点，但需要注意的是，部分产品在低温环境下电解液会凝固，导致电容量急剧下降，ESR迅速上升。另外，当线性稳压器IC的热量传导至电解电容时，电解液温度升高会影响电容器寿命。要解决这个问题，可以将电容安装在受热影响较小的位置，或者将电路板铜箔走线宽度缩减至电流承载能力允许的最小宽度，从而抑制（减弱）来自线性稳压器IC的热传导。

输出负载瞬态响应

当负载电流急剧变化时，输出电压可能会发生瞬态电压波动。若要减少此类电压波动，可增加输出电容容量。由于大容量陶瓷电容成本较高，可通过将小容量陶瓷电容与作为储能电容的铝电解电容并联使用以降低成本。然而，增大输出电容容量会导致输入端需要向输出电容提供更多充电电荷，若输入电源的负载响应性能不佳，可能引发输入电压的瞬态跌落。为避免这种情况，需将输入电容容量提升至与输出电容容量相当的水平。

线性稳压器IC输入电容的注意事项

接下来介绍输入电容的注意事项。输入电容是抑制电路工作时电源线的电位波动以及使线性稳压器IC的输入保持稳定所必需的元件。特别是在输入线路较长或输入电源阻抗较高的情况下，输入电容能有效确保IC输入电源的稳定性。

电路板布局

输入电容应靠近VCC引脚安装，并连接至相邻的接地端。理想状态是尽可能靠近IC输入引脚安装，大致目标是放置在距离IC 1cm以内的位置。这是为了尽可能消除电路板上寄生分量的影响。

静电容量

对于BDxxIC0W系列，需选择实际输入电容容量值为1μF以上的电容器。由于容差、温度特性和DC偏压特性的影响，实际容量会低于标称值，因此设定时容量不能低于最小值（1μF）。

当输出电流发生突变时，通常采用增加输出电容容量的方法来抑制瞬态电压波动。但输出电容增大导致输入电源瞬时电流供应能力不足时，可能引发输入电压出现同步波动。为防止这种情况，应将输入电容容量同步提升至与输出电容容量相当的水平。可采用陶瓷电容与铝电解电容并联的方式组成储能电容。

ESR（等效串联电阻）

输入电容的主要作用是降低电源阻抗，因此推荐选用ESR较低的陶瓷电容。虽然如前文所述，有时会采用大容量但ESR较高的电解电容作为储能电容，但此时仍可并联ESR较小的陶瓷电容以降低总阻抗。

线性稳压器IC负载与启动的注意事项

本示例中使用的BDxxIC0系列，其过流保护（OCP）具有折返特性（见下图）。这种特性会同时降低输出电压和输出电流，因此如果启动时负载电流超过IC的输出（供应）电流，将导致输出电压无法上升，IC也无法启动。当负载为恒流源或启动时输出处于负电位状态时，可能会出现这种现象。

当IC的输出电压上升到规定值后再接通恒流负载时，系统可正常工作。但若随后过热保护电路启动并且输出关闭时，系统将无法重新启动。另外，若启动失败，恒流负载的电流会流经IC内部VO-GND间的静电保护二极管，若电流较大可能导致芯片温度升高，进而引发IC损坏或焊料熔化。因此，不建议在恒流负载中使用。