使用 D-CAP+? 控制模式減少電路種 MLCC 的數(shù)量

1.前言

目前狀態(tài)是整個(gè)芯片市場(chǎng)，包括(MLCC) 的短缺日益嚴(yán)重，這種情況很可能會(huì)持續(xù)到 2023 年。片式多層陶瓷電容器 (Multi-layer Ceramic Capacitor 簡(jiǎn)稱MLCC)是電子整機(jī)中主要的被動(dòng)貼片元件之一，MLCC具有高可靠、高精度、高集成、高頻率、智能化、低功耗、大容量、小型化和低成本等特點(diǎn)。

2.MLCC的優(yōu)點(diǎn)
1、由于使用多層介質(zhì)疊加的結(jié)構(gòu)，高頻時(shí)電感非常低，具有非常低的等效串聯(lián)電阻，因此可以使用在高頻和甚高頻電路濾波無對(duì)手；

2、無極性，可以使用在存在非常高的紋波電路或交流電路；
3、使用在低阻抗電路不需要大幅度降額；
4、擊穿時(shí)不燃燒爆炸，安全性高。

MLCC可適用于各種電路，如振蕩電路、定時(shí)或延時(shí)電路、耦合電路、往耦電路、平濾濾波電路、抑制高頻噪聲電路、旁路等。近年來還在DC/DC變換器電路、電荷泵變換器電路中得到了極其廣泛的應(yīng)用。這些電源電路中的工作頻率已進(jìn)步到1～3MHz，在這個(gè)頻率范圍內(nèi)MLCC有極好的性能，它不僅減小了能量損耗、紋波電壓，進(jìn)步了轉(zhuǎn)換頻率，并且體積小，本錢低（取代了鉭電解），這對(duì)便攜產(chǎn)品具有重要意義

3.解決方案

所以芯片廠家現(xiàn)在正在尋求用聚合物或其他電容器類型代替陶瓷電容器。與競(jìng)爭(zhēng)解決方案相比，TI D-CAP+? 控制模式多相控制器、轉(zhuǎn)換器和模塊（如TPSM831D31 ）可以幫助硬件設(shè)計(jì)人員減少其主板上的 MLCC 數(shù)量。

D-CAP+ 控制模式是 TI 專有的脈寬調(diào)制控制器和轉(zhuǎn)換器控制架構(gòu)，可在輸入電壓和相數(shù)等變化條件下實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單的環(huán)路補(bǔ)償和出色的環(huán)路穩(wěn)定性。

它是一種電流模式恒定導(dǎo)通時(shí)間控制，它使用真正的電感器電流檢測(cè)實(shí)現(xiàn)，而不是 D-CAP2? 和 D-CAP3? 控制拓?fù)渲惺褂玫淖⑷牖蚍抡婕y波電流方案。D-CAP+ 控制模式具有固定的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通時(shí)間和負(fù)載瞬態(tài)條件下的自適應(yīng)關(guān)斷時(shí)間（交流響應(yīng)），其中調(diào)整關(guān)斷時(shí)間并產(chǎn)生（拉入）更多脈沖以快速響應(yīng)負(fù)載瞬變并保持輸出電壓處于穩(wěn)壓狀態(tài)。 

由于導(dǎo)通時(shí)間受到調(diào)節(jié)，因此在非連續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM) 中存在自然周期拉伸，從而在跨越連續(xù)導(dǎo)通模式和 DCM 邊界時(shí)產(chǎn)生更高的效率和平滑的控制。D-CAP+ 控制模式非常容易補(bǔ)償，并且不需要電壓模式控制架構(gòu)中所需的復(fù)雜類型 3 補(bǔ)償電路。有關(guān) D-CAP+ 控制模式的更多信息。

由于 D-CAP+ 控制模式對(duì)處理器/專用集成電路/現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列負(fù)載瞬態(tài)的響應(yīng)速度比固定頻率控制架構(gòu)快得多，因此它可以滿足嚴(yán)格的容差規(guī)范，而無需使用其他方式的 MLCC 數(shù)量需要放電或充電以向負(fù)載提供所需的能量。

圖 1 比較了 TI 電壓模式控制器與 D-CAP+ 控制器在此類負(fù)載瞬變期間的情況。該TPS53647  d-CAP +控制模式控制器具有較低的過沖和下沖，盡管具有較低的交越頻率。

圖 1：電壓模式和 D-CAP+ 控制器之間的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)比較

在與具有非 D-CAP+ 控制的競(jìng)爭(zhēng)多相控制器進(jìn)行比較時(shí)，結(jié)果是相似的。圖 2 比較了 1kHz 負(fù)載瞬態(tài)重復(fù)率下從 180A 到 240A 的 60A 負(fù)載階躍。D-CAP+ 控制器再次導(dǎo)致較低的過沖和下沖。這些結(jié)果在完全相同的條件下在相同的主板上復(fù)制。該TPS53681  d-CAP +控制器可以達(dá)到更好的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)和更快的輸出電壓穩(wěn)定。

圖 2：競(jìng)爭(zhēng)器件與 TI 的 D-CAP+ 控制器之間的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)比較

作為最后一個(gè)示例，讓我們將中央處理器 (CPU) 供應(yīng)商的參考設(shè)計(jì)與我們自己的 Vcore 設(shè)計(jì)進(jìn)行比較。熱設(shè)計(jì)電流 (TDC) 為 116 A，而最大電流 (I MAX ) 為 395 A。

測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，D-CAP+ 控制器可實(shí)現(xiàn)更快的負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)，與 CPU 供應(yīng)商參考設(shè)計(jì)相比，這意味著可顯著節(jié)省 MLCC。

表 1 總結(jié)了結(jié)果。D-CAP+ 控制解決方案仍然滿足 CPU 過沖和下沖規(guī)范，同時(shí)消除了 42 個(gè) MLCC 和 >700 μF 的輸出電容。表 1 比較適用于任何 D-CAP+ 控制模式穩(wěn)壓器與競(jìng)爭(zhēng)穩(wěn)壓器。

表 1：116-A TDC 和 395 I MAX設(shè)計(jì)的CPU 參考設(shè)計(jì)與 D-CAP+ 解決方案 MLCC 計(jì)數(shù)比較

MLCC 短缺不會(huì)很快消失。如果我們想減少設(shè)計(jì)物料清單中的 MLCC 數(shù)量，以便更快地將新項(xiàng)目推向市場(chǎng)，請(qǐng)考慮使用 TI 的 D-CAP+ 控制器、轉(zhuǎn)換器和模塊。