本文將介紹線性穩壓器IC設計中的基本特性與注意事項。除輸入輸出電壓差、瞬態響應與紋波抑制比之間的關聯性外，還會詳細闡述輸出和輸入電容器的選型與布局要點。另外，還會通過浮動工作狀態下如何抑制紋波電壓升高、以及過電流保護的工作特性等主題，為構建穩定的電源電路提供實用建議。

線性穩壓器的輸入輸出電壓差與瞬態響應及紋波抑制比的關系

本主題涉及到的規格值和特性曲線雖然是以BA1117為例進行解說的，但原則上適用于所有線性穩壓器IC。線性穩壓器IC若無法確保規定的壓降電壓(輸入輸出之間的電壓差)，就無法正常工作。輸入電壓的最小值，需從技術規格書的“壓降電壓 vs 輸出電流”曲線圖中讀取所用負載電流下的壓降電壓，再與輸出電壓相加得出。示例中使用的BA1117，當其輸出電流為0.5A時，可讀取到壓降電壓約為1.1V(典型值，Ta=25℃)，因此，若輸出為5V，則最小輸入電壓應為6.1V。

在這樣微小的輸入壓差條件下，雖然直流工作狀態得以維持，但其他控制能力將無法充分發揮出來。例如，當負載發生波動時，若輸入輸出電壓差較小，將無法在短時間內從輸入端向輸出端提供大電流，這意味著負載響應速度會變慢。另外，響應速度慢也會表現為紋波抑制比(PSRR)特性變差。這一點通過這些規格值的規定條件、輸入輸出電壓值及相關圖表可以看出來。下面舉一個例子。通過示例可以看出，在5V輸出時，加上1.2V壓降電壓后的6.2V輸入時的特性與加上2V以上壓降電壓后的7V以上輸入時的特性存在明顯差異。

在注重效率的情況下，應盡量減小輸入輸出電壓差，但可能導致無法發揮出預期特性。在本示例中，我們將基于獲得預期負載響應性能和PSRR所需的能力來探討輸入電壓，并尋求效率與各項特性之間的平衡點。

線性穩壓器輸出電容相關的注意事項

輸出電容器對于維持穩壓器的穩定性而言至關重要。下面以BA1117為例列出了輸出電容器相關的注意事項。大多數注意事項并非僅限于BA1117，而是適用于所有線性穩壓器。

在實裝電路板上的配置

輸出電容器COUT用來使反饋環路更穩定，應盡可能靠近IC的VOUT引腳進行連接，并同樣連接至鄰近的接地線。這一點也適用于BA1117以外的其他型號產品。

電容量

BA1117的輸出電容器的電容量需在22μF以上。電容量過小可能會導致振蕩。電容量較大時，反饋環路的穩定性和輸出瞬態響應特性會得到提升。不同線性穩壓器IC的最小電容量可能有所不同，具體請參照所用IC的技術規格書。

電容量最大值并無限制，但需注意以下事項：增大電容量會使電源開啟時輸出電容的充電時間(達到設定電壓所需的時間)以及關閉時的放電時間(降至約等于接地電位所需的時間)延長。需要確認這些時間是否滿足供電設備及電路的電源相關參數要求。

另外，當關閉輸入電源時，若出現輸出電壓與輸入電壓反相(輸出電壓高于輸入電壓)的情況，可能導致大電流反向流入IC內部，進而造成器件損壞。在這種種情況下，可通過增設防逆流旁路二極管進行規避(見上圖)。所選用的二極管必須在比IC輸出晶體管因輸入輸出電壓反相而導通的電壓更低的電壓下導通，以旁路反向電流，因此需要選用具備有效正向電壓VF的二極管。部分IC具備這種保護功能，具體需要確認相應的技術規格書。

ESR(等效串聯電阻)

BA1117輸出電容的ESR需控制在5Ω以下。ESR值過大會導致反饋環路不穩定，從而引發振蕩問題。另外，該ESR值是基于IC單體及電阻負載的評估結果而獲得的。在實際應用中，由于會受到電路板走線阻抗、輸入端電源阻抗及負載阻抗的影響而發生變化，因此務必在實際裝機狀態下充分確認是否有振蕩現象。

通常，不僅輸出電容的ESR過大時會導致環路不穩定并引發振蕩，ESR過小時也同樣會引發此類問題。ESR的上限和下限因IC而異，具體需要確認各產品的技術規格書。

鋁電解電容器

輸出電容器可采用鋁電解電容器。鋁電解電容器雖然價格低廉且能獲得較大容量，但需注意部分產品在低溫環境下會出現容量急劇減少及ESR上升的現象。

陶瓷電容器

使用陶瓷電容器作為輸出電容時，推薦選用溫度特性優異的X5R和X7R。Z5U、Y5V、F的容量變化較大，請勿使用。請注意，由于容差、溫度特性和DC偏壓特性會導致電容值下降，所以需要確保在使用條件下所選電容器的容值不低于技術規格書中規定的最小值。另外，DC偏壓特性還取決于外殼尺寸，隨著尺寸的減小，電容量下降幅度呈增大趨勢。

輸出負載瞬態響應

當輸出負載電流急劇波動時，輸出電壓可能出現瞬時波動現象。若欲減小該電壓波動，請增大輸出電容的電容量。然而，若增加輸出電容的容量，從輸入端向輸出電容器充電的電荷量將會增加，因此當輸入端電源的負載響應特性較差時，輸入電壓同樣可能出現瞬時跌落現象。要想防止這種現象，需將輸入電容器的電容量提升至與輸出電容器的電容量相當的程度。

線性穩壓器輸入電容相關的的注意事項

輸入電容器在電路工作時用來抑制輸入電源的電位波動，以使線性穩壓器IC的輸入保持穩定。尤其在輸入布線(電路板薄膜布線)較長或輸入電源阻抗較高時，可有效確保LDO輸入電源的穩定性。

下面以BA1117為例，介紹輸入電容相關的注意事項。與輸出電容器一樣，大多數注意事項并非僅限于BA1117，而是適用于所有的線性穩壓器。

在實裝電路板上的配置

輸入電容器CIN應盡可能靠近VIN引腳進行連接，并同樣連接至鄰近的接地線。請將輸入電容器配置在距離IC 1cm以內的范圍內。如前所述，此舉旨在降低輸入電源阻抗，并盡可能消除電路板寄生分量的影響。

電容量

以本示例中的BA1117為例，其采用的是10uF的輸入電容。當輸出電流發生急劇變化時，可通過增大輸出電容的電容量來抑制電壓瞬時波動。但若輸入電源端的瞬時電流供給能力不足，則可能導致輸入電壓下降。要想防止這種現象，需將輸入電容器的電容量提升至與輸出電容器的電容量相當的程度。關于大容量(Bulk)電容器，鋁電解電容器需與陶瓷電容器并聯連接。

ESR(等效串聯電阻)

輸入電容器的主要目的是降低輸入電源阻抗，因此要求其ESR(等效串聯電阻)越小越好。如果流向IC的輸入電流無突變情況，也可選用其他類型的電容器。

防止浮動工作線性穩壓器的輸出紋波電壓增加

本節是有關配備ADJ引腳的浮動工作線性穩壓器的內容。隨著輸出電壓升高，輸入紋波會被放大，從而導致IC的紋波抑制比惡化。作為對策，可在ADJ引腳與接地之間添加電容器CADJ，以抑制紋波被放大并防止紋波抑制比惡化。

為防止紋波抑制比惡化，如下面的公式所示，在所有紋波頻率下，CADJ的阻抗應低于R1。

fRIPPLE ：紋波頻率[Hz]

下圖是BA1117的CADJ與紋波抑制比的變化關系曲線，從中可以看到CADJ的效果。

線性穩壓器的負載與啟動相關的注意事項

BA1117的過電流保護(OCP)采用的是折返(下垂)式特性設計，可支持絕大多數負載的啟動。但需要注意的是，在啟動時有大電流(浪涌電流)流過的電路中，可能無法正常啟動。這是由于負載電流超過IC的輸出(供電)電流時，輸出電壓無法上升，導致IC無法啟動。需注意的負載包括電機、大容量電容器、恒流負載等。

下圖是BA1117的輸出電流IO與輸出電壓VOUT(設定為1.5V時的示例)之間的關系曲線圖。BA1117的輸出電流規格為最小1.0A、標準1.7A。該曲線呈現出折返(下垂)式過電流保護特性，即在保持輸出電流基本恒定的同時，輸出電壓會下降。對于這種折返(下垂)式的情況而言，即便電流限制功能生效，仍能持續輸出接近限流值的電流。因此，通常即使在前述的負載條件下，也能實現啟動。

部分線性穩壓器采用的是折返式(Foldback)特性的過電流保護機制。折返式(Foldback)特性會同時降低輸出電壓和輸出電流，因此在啟動時若產生浪涌電流導致保護機制啟動，就會使輸出電壓固定在無法提升的狀態。尤其是像前述的負載情況，需要確認啟動時是否存在問題。

過電流保護的類型包括折返(下垂)特性、“フ”字形特性、“ヘ”字形特性以及這些特性的組合特性。由于每種特性各具特色，因此需要在充分理解其特性的基礎上，來選用配備過電流保護功能且符合電路規格要求的線性穩壓器IC。