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|线性稳压器的工作原理及比较( 五 )


电容的串联等效电路（图14：电容器的等效电路图） 。
输出电容的ESR在回路增益中产生一个零点 ， 可以用来减少负相移 。 零点
处的频率值（Fzero）与ESR和输出电容值密切相关：
Fzero＝1/(2π×Cout×ESR)（10）
再看上一节的例子（图13） ， 假设输出电容值Cout＝10uF ， 输出电容的
ESR＝1Ω 。 则零点发生在16kHz 。 图15的波特图显示了添加此零点如何使不
稳定的系统恢复稳定 。
回路的带宽增加了 ， 单位增益（0dB）的交点频率从30kHz移到了100kHz 。
到100kHz处该零点总共增加了＋81°相移（PositivePhaseShift） 。 也就是减
少了极点PL和P1造成的负相移（NegativePhaseShift） 。 极点Ppwr处在
500kHz ， 在100kHz处它仅增加了－11°的相移 。 累加所有的零、极点 ， 0dB处
的总相移为－110° 。 也就是有＋70°的相位裕度 ， 系统非常稳定 。
这就解释了选择合适ESR值的输出电容可以产生零点来稳定LDO系统 。
ESR和稳定性
通常所有的LDO都会要求其输出电容的ESR值在某一特定范围内 ， 以保
证输出的稳定性 。 LDO制造商会提供一系列由输出电容ESR和负载电流（Lo
adCurrent）组成的定义稳定范围的曲线（图16：典型LDO的ESR稳定范围
曲线） ， 作为选择电容时的参考 。
要解释为什么有这些范围的存在 ， 我们使用前面提到的例子来说明ESR的
高低对相位裕度的影响 。
高ESR
同样使用上一节提到的例子 ， 我们假设10uF输出电容的ESR增加到20Ω 。
这将使零点的频率降低到800Hz（图17：高ESR引起回路振荡的波特图） 。
降低零点的频率会使回路的带宽增加 ， 它的单位增益（0Db）的交点频率从
100kHz提高到2MHz 。 带宽的增加意味着极点Ppwr会出现在带宽内（对比
图15） 。 分析图17波特图中曲线的相位裕度 ， 发现如果同时拿掉该零点和P1
或PL中的一个极点 ， 对曲线的形状影响很小 。 也就是说该回路受到－90°相移
的低频极点和发生－76°相移的高频极点Ppwr共同影响 。
尽管有14°的相位裕度 ， 系统可能会稳定 。 但很多经验测试数据显示 ， 当
ESR＞10Ω时 ， 由于其它的高频极点的分布（在此简单模型中未表示）很可能
会引入不稳定性 。
低ESR
选择具有很低的ESR的输出电容 ， 由于一些不同的原因也会产生振荡 。 继
续沿用上一节的例子 ， 假定10uF输出电容的ESR只有50mΩ ， 则零点的频率
会变到320kHz（图18：低ESR引起回路振荡的波特图） 。
不用计算就知道系统是不稳定的 。 两个极点P1和PL在0dB处共产生了－
180°的相移 。 如果要系统稳定 ， 则零点应该在0dB点之前补偿正相移 。 然而 ，
零点在320kHz处 ， 已经在系统带宽之外了 ， 所以无法起到补偿作用 。
输出电容的选择
综上 ， 输出电容是用来补偿LDO稳压器的 ， 所以选择时必须谨慎 。 基本上
所有的LDO应用中引起的振荡都是由于输出电容的ESR过高或过低 。
LDO的输出电容 ， 通常钽电容是最好的选择（除了一些专门设计使用陶瓷
电容的LDO ， 例如：LP2985） 。 测试一个AVX的4.7uF钽电容可知它在25°C
时ESR为1.3Ω ， 该值处在稳定范围的中心（图16） 。
另一点非常重要 ， AVX电容的ESR在－40°C到＋125°C温度范围内的变化
小于2:1 。 铝电解电容在低温时的ESR会变大很多 ， 所以不适合作LDO的输出
电容 。
必须注意大的陶瓷电容（≥1uF）通常会用很低的ESR（＜20mΩ） ， 这几
乎会使所有的LDO稳压器产生振荡（除了LP2985） 。 如果使用陶瓷电容就要
串联电阻以增加ESR 。 大的陶瓷电容的温度特性很差（通常是Z5U型） ， 也就

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