面向電源電路的MLCC解決方案（輸出電容器的最佳構(gòu)成驗證）

在車載領(lǐng)域，車載ADAS ECU、Autonomous ECU等伴隨著高度圖像處理的系統(tǒng)的CPU、FPGA等隨著系統(tǒng)的高性能、高功能化，需要高速動作以及大電流驅(qū)動。 另外，在ICT領(lǐng)域，服務(wù)器等需要龐大電力的成套設(shè)備需要支持大電流化的電源構(gòu)成。如上所述，高性能、高功能化系統(tǒng)的電源線有高速動作、大電流化的傾向。同時，需要將隨著處理器的細微化降低的公稱電壓控制在狹窄的容許范圍內(nèi)的電源構(gòu)成。

電氣特性方面的電容器要求

下面是固定負荷時和負荷變動時電壓變動的公式和示意圖。
隨著電流的大電流化（Δiout的增加）、高速動作化（dΔiout/dt的增加），負荷變動時的電壓變動與固定負荷時的電壓變動相比，變動幅度變大，為了將其控制到所希望的電壓范圍內(nèi)，需要大容量、低ESR、低ESL的電容器構(gòu)成。

電壓變動計算公式

負荷電流急劇變動時電壓變動的示意圖

DC-DC轉(zhuǎn)換器的電流供給無法追隨負荷變動時，
作為其備份工作，在電源追隨之前向負荷供應(yīng)必要的電流。

在比以往高速動作、大電流的線路上，為了電源的穩(wěn)定化、瞬間的電力供給，使用很多大容量電容器，如導(dǎo)電性高分子電容器等。
本資料中，將以往使用的導(dǎo)電性高分子電容器置換為以低ESR、低ESL為特征的MLCC，以此來驗證控制電壓變動的效果，其中包括電源的穩(wěn)定性（頻率特性）。

輸出電容器 最佳構(gòu)成驗證

按照以下評價條件，通過以下①～②的2種構(gòu)成來驗證最佳的輸出電容器構(gòu)成。
按照以下評價條件、項目進行驗證。

輸出電容器構(gòu)成

評價條件

◆ 輸入電壓：12V

◆ 輸出電壓：1.5V

◆ 開關(guān)頻率：400kHz

◆ 負荷電流(Δiout)：30A

◆ 電壓轉(zhuǎn)換速率(Δiout/dt)：100A/μsec

評價項目：阻抗/ESR 特性

MLCC與導(dǎo)電性高分子電容器相比，具有優(yōu)異的ESR、ESL特性。
將導(dǎo)電性高分子電容器置換成MLCC，可以降低ESR、ESL。

負荷固定時和負荷變動時的電壓變動波形

負荷固定時、負荷變動時構(gòu)成②MLCC都可以控制電壓變動。
如“阻抗/ESR特性”所示，構(gòu)成②MLCC可以實現(xiàn)低ESR、低ESL，可以控制電壓變動。

關(guān)于增加MLCC的搭載帶來的低ESR的影響和穩(wěn)定性

前面已經(jīng)說明增加MLCC的搭載數(shù)量對控制電壓變動有效，但是一般來說，由于增加MLCC的搭載數(shù)量導(dǎo)致的低ESR的影響，對于一些電源IC的規(guī)格，穩(wěn)定性有下降的傾向。因此，通過FRA（頻率特性分析儀）等取得、確認顯示電源IC的頻率特性的波特圖，確認電源的響應(yīng)性和穩(wěn)定性的關(guān)系很重要。另外，穩(wěn)定性調(diào)整一般是調(diào)整下述電源電路塊圖的外部相位補償電路和反饋部分的電容器和電阻的常數(shù)。

*具體的調(diào)整方法等根據(jù)使用的電源IC而有所差異。調(diào)整方法等請直接咨詢IC制造商。

通過波特圖進行測量的示例

測量時的要點和對電壓變動的影響

電源電路塊圖

裕量不足時的對策示例：相位補償部分的調(diào)整

由于相位補償部分的調(diào)整，電壓變動時的波形如下所示。
比較調(diào)整前后，交叉頻率從43kHz提高到63kHz，速度提高了，所以電壓變動減少了31mV。
而調(diào)整后的相位裕量從30deg增加到53deg，并且，由于沒有調(diào)整之前看到的振鈴波形，所以穩(wěn)定性也得到了改善。
如果沒有FRA（頻率特性分析儀），觀測波形時是否發(fā)生振鈴或振蕩是穩(wěn)定性的基準(zhǔn)，
請在實際測量時確認

輸出電容器 最佳構(gòu)成驗證 總結(jié)

評價結(jié)果總結(jié)如下。

大電流、高電壓轉(zhuǎn)換速率環(huán)境時，負荷急劇變動時的電壓變動會受到輸出電容器的ESR、ESL成分的影響會變大。
MLCC可以實現(xiàn)低ESR、低ESL，可以控制電壓變動。

一般來說，由于MLCC的低ESR化，有穩(wěn)定性（相位裕量）降低的傾向，在這種情況時，請研究修改相位補償電路的常數(shù)。

設(shè)計輸出電容器的構(gòu)成時，除了電壓變動，還需要考慮電源的穩(wěn)定性，然后進行優(yōu)化。

在要求高可靠性的成套設(shè)備中，使用TDK支持車載的大容量MLCC，可確保電氣特性和可靠性。

為了能夠根據(jù)使用電路所要求的電氣性能、安裝面積限制、件數(shù)限制等各項限制，選擇最合適的零件，TDK備齊了豐富的系列產(chǎn)品。TDK系列產(chǎn)品、數(shù)據(jù)表、技術(shù)支援工具等可在本公司的網(wǎng)站上確認。

審核編輯：湯梓紅