面向電源電路的MLCC解決方案（輸出電容器的最佳構(gòu)成驗(yàn)證）

面向電源電路的MLCC解決方案（輸出電容器的最佳構(gòu)成驗(yàn)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(dòng)作以及大電流驅(qū)動(dòng)。 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(dòng)作、大電流化的傾向。同時(shí)，需要將隨著處理器的細(xì)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(fù)荷時(shí)和負(fù)荷變動(dòng)時(shí)電壓變動(dòng)的公式和示意圖。
隨著電流的大電流化（Δiout的增加）、高速動(dòng)作化（dΔiout/dt的增加），負(fù)荷變動(dòng)時(shí)的電壓變動(dòng)與固定負(fù)荷時(shí)的電壓變動(dòng)相比，變動(dòng)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(dòng)計(jì)算公式

負(fù)荷電流急劇變動(dòng)時(shí)電壓變動(dòng)的示意圖

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

在比以往高速動(dòng)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(yàn)證控制電壓變動(dòng)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(yàn)證

按照以下評(píng)價(jià)條件，通過以下①～②的2種構(gòu)成來驗(yàn)證最佳的輸出電容器構(gòu)成。
按照以下評(píng)價(jià)條件、項(xiàng)目進(jìn)行驗(yàn)證。

輸出電容器構(gòu)成

評(píng)價(jià)條件

◆ 輸入電壓：12V

◆ 輸出電壓：1.5V

◆ 開關(guān)頻率：400kHz

◆ 負(fù)荷電流(Δiout)：30A

◆ 電壓轉(zhuǎn)換速率(Δiout/dt)：100A/μsec

評(píng)價(jià)項(xiàng)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(fù)荷固定時(shí)和負(fù)荷變動(dòng)時(shí)的電壓變動(dòng)波形

負(fù)荷固定時(shí)、負(fù)荷變動(dòng)時(shí)構(gòu)成②MLCC都可以控制電壓變動(dòng)。
如“阻抗/ESR特性”所示，構(gòu)成②MLCC可以實(shí)現(xiàn)低ESR、低ESL，可以控制電壓變動(dòng)。

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(duì)控制電壓變動(dòng)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(duì)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(rèn)顯示電源IC的頻率特性的波特圖，確認(rèn)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(bǔ)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(qǐng)直接咨詢IC制造商。

通過波特圖進(jìn)行測(cè)量的示例

測(cè)量時(shí)的要點(diǎn)和對(duì)電壓變動(dòng)的影響

電源電路塊圖

裕量不足時(shí)的對(duì)策示例：相位補(bǔ)償部分的調(diào)整

由于相位補(bǔ)償部分的調(diào)整，電壓變動(dòng)時(shí)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(dòng)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(cè)波形時(shí)是否發(fā)生振鈴或振蕩是穩(wěn)定性的基準(zhǔn)，
請(qǐng)?jiān)趯?shí)際測(cè)量時(shí)確認(rèn)

輸出電容器 最佳構(gòu)成驗(yàn)證 總結(jié)

評(píng)價(jià)結(jié)果總結(jié)如下。

大電流、高電壓轉(zhuǎn)換速率環(huán)境時(shí)，負(fù)荷急劇變動(dòng)時(shí)的電壓變動(dòng)會(huì)受到輸出電容器的ESR、ESL成分的影響會(huì)變大。
MLCC可以實(shí)現(xiàn)低ESR、低ESL，可以控制電壓變動(dòng)。

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(shí)，請(qǐng)研究修改相位補(bǔ)償電路的常數(shù)。

設(shè)計(jì)輸出電容器的構(gòu)成時(shí)，除了電壓變動(dòng)，還需要考慮電源的穩(wěn)定性，然后進(jìn)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(xiàng)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(rèn)。

審核編輯：湯梓紅