【導讀】在車(chē)載領(lǐng)域，車(chē)載ADAS ECU和自動(dòng)駕駛ECU等需要高級圖像處理系統的CPU和FPGA，隨著(zhù)系統的高性能化和高功能化，需要高速運行和大電流驅動(dòng)。另外，在ICT領(lǐng)域，服務(wù)器等需要大功率的成套設備則需要可支持大電流的電源配置。如上所述的高性能、高功能化系統的電源線(xiàn)就有著(zhù)高速動(dòng)作、大電流化的傾向。同時(shí)，需要使用因處理器小型化而降低的公稱(chēng)電壓保持在較窄的容許范圍內的電源配置。
本期推文將通過(guò)驗證輸出電容器的最佳構成來(lái)為您介紹面向電源電路的MLCC解決方案。
下面是固定負荷時(shí)和負荷變動(dòng)時(shí)電壓變動(dòng)的公式和示意圖。隨著(zhù)電流的大電流化（Δiout的增加）、高速動(dòng)作化（dΔiout/dt的增加），負荷變動(dòng)時(shí)的電壓變動(dòng)與固定負荷時(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，需要大容量、低ESR、低ESL的電容器構成。
圖1 電壓變動(dòng)計算公式
圖2 負荷電流急劇變動(dòng)時(shí)電壓變動(dòng)的示意圖
在比以往高速動(dòng)作、大電流的線(xiàn)路上，為了電源的穩定化、瞬間的電力供給，使用很多的大容量電容器，如導電性高分子電容器等。本推文中，將以往使用的導電性高分子電容器置換為以低ESR、低ESL為特征的MLCC，以此來(lái)驗證控制電壓變動(dòng)的效果，其中包括電源的穩定性（頻率特性）。
按照以下評價(jià)條件，通過(guò)以下①～②的2種構成來(lái)驗證最佳的輸出電容器構成。
圖3 輸出電容器構成與評價(jià)條件
圖4 評價(jià)項目：阻抗/ESR 特性
無(wú)論是負荷固定時(shí)或變動(dòng)時(shí)，構成②MLCC都可以控制電壓變動(dòng)。如“阻抗/ESR特性”所示，構成②MLCC可以實(shí)現低ESR、低ESL，可以控制電壓變動(dòng)。
前面已經(jīng)說(shuō)明增加MLCC的搭載數量對控制電壓變動(dòng)有效，但是一般來(lái)說(shuō)，由于增加MLCC的搭載數量導致的低ESR的影響，對于一些電源IC的規格，穩定性有下降的傾向。因此，通過(guò)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，確認電源的響應性和穩定性的關(guān)系很重要。另外，穩定性調整一般是調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。
*具體的調整方法等根據使用的電源IC而有所差異。調整方法等請直接咨詢(xún)IC制造商。
圖5 通過(guò)波特圖進(jìn)行測量的示例
下表是測量時(shí)的要點(diǎn)和對電壓變動(dòng)的影響。
圖6 電源電路塊圖
由于相位補償部分的調整，電壓變動(dòng)時(shí)的波形如下所示。
比較調整前后，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。而調整后的相位裕量從30deg增加到53deg，并且，由于沒(méi)有調整之前看到的振鈴波形，所以穩定性也得到了改善。如果沒(méi)有FRA（頻率特性分析儀），觀(guān)測波形時(shí)是否發(fā)生振鈴或振蕩是穩定性的基準，需要在實(shí)際測量時(shí)確認。
? 大電流、高電壓轉換速率環(huán)境時(shí)，負荷急劇變動(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)現低ESR、低ESL，可以控制電壓變動(dòng)。
? 一般來(lái)說(shuō)，由于MLCC的低ESR化，有穩定性（相位裕量）降低的傾向，在這種情況時(shí)，請研究修改相位補償電路的常數。
? 設計輸出電容器的構成時(shí)，除了電壓變動(dòng)，還需要考慮電源的穩定性，然后進(jìn)行優(yōu)化。
? 在要求高可靠性的成套設備中，使用TDK支持車(chē)載的大容量MLCC，可確保電氣特性和可靠性。
? 為了能夠根據使用電路所要求的電氣性能、安裝面積限制、件數限制等各項限制，選擇最合適的零件，TDK備齊了豐富的系列產(chǎn)品。相關(guān)系列產(chǎn)品、數據表、技術(shù)支援工具等可在我們的網(wǎng)站上確認。
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