【導(dǎo)讀】在車載領(lǐng)域，車載ADAS ECU和自動(dòng)駕駛ECU等需要高級(jí)圖像處理系統(tǒng)的CPU和FPGA，隨著系統(tǒng)的高性能化和高功能化，需要高速運(yùn)行和大電流驅(qū)動(dòng)。另外，在ICT領(lǐng)域，服務(wù)器等需要大功率的成套設(shè)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(tǒng)的電源線就有著高速動(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電壓保持在較窄的容許范圍內(nèi)的電源配置。
本期推文將通過(guò)驗(yàn)證輸出電容器的最佳構(gòu)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(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。
圖1 電壓變動(dòng)計(jì)算公式
圖2 負(fù)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、大電流的線路上，為了電源的穩(wěn)定化、瞬間的電力供給，使用很多的大容量電容器，如導(dǎo)電性高分子電容器等。本推文中，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(lái)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）。
按照以下評(píng)價(jià)條件，通過(guò)以下①～②的2種構(gòu)成來(lái)驗(yàn)證最佳的輸出電容器構(gòu)成。
圖3 輸出電容器構(gòu)成與評(píng)價(jià)條件
圖4 評(píng)價(jià)項(xiàng)目：阻抗/ESR 特性
無(wú)論是負(fù)荷固定時(shí)或變動(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)。
前面已經(jīng)說(shuō)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(lái)說(shuō)，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(guò)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。
圖5 通過(guò)波特圖進(jìn)行測(cè)量的示例
下表是測(cè)量時(shí)的要點(diǎn)和對(duì)電壓變動(dòng)的影響。
圖6 電源電路塊圖
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(méi)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(méi)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)，需要在實(shí)際測(cè)量時(shí)確認(rèn)。
? 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(lái)說(shuō)，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。相關(guān)系列產(chǎn)品、數(shù)據(jù)表、技術(shù)支援工具等可在我們的網(wǎng)站上確認(rèn)。
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