全球多層陶瓷電容器（MLCC）的供應跟不上需求。這在很大程度上是由于手機的電子復雜性增加，電動汽車銷量增加以及電子內容在各行各業的全球擴張。一些智能手機在幾年內將MLCC的使用量翻了一番;電動汽車的使用率是典型的現代內燃機的四倍（圖 1）。2016年底出現的MLCC供應短缺使得獲得最新電子產品中使用的多產電源所需的大容量產品（幾十μF或更多）變得特別困難。希望降低MLCC要求的制造商不可避免地會關注電源的電容器要求，尤其是開關穩壓器。這使電源設計人員處于緩解電容短缺的第一線。

（一）。

（二）。

圖1.全球MLCC在電動汽車（a）和手機（b）中的使用量增加，而產量卻沒有相應增加，導致短缺。1

電源電路使用電容器，很多電容器

典型的DC-DC降壓轉換器使用以下電容（見圖2）：

輸出電容：在負載瞬變期間平滑輸出電壓紋波和電源負載電流。通常，使用尺寸為幾十μF至100μF的大電容器。

輸入電容：除了穩定輸入電壓外，它還起到瞬時提供輸入電流的作用。通常，使用幾μF到幾十μF。

旁路電容器：吸收開關操作產生的噪聲和其他電路的噪聲。通常使用 0.01 μF 至 0.1 μF。

補償電容器：它確保反饋環路中的相位裕量并防止振蕩。通常使用幾百pF或幾十nF。一些開關穩壓器IC集成了補償電容。

圖2.典型降壓穩壓器中使用的電容器。

減小電容的最佳方法是專注于最小化輸出電容。接下來探討降低輸出電容的策略，然后是降低旁路電容要求的解決方案，并在一定程度上降低輸入電容的要求。

提高開關頻率以降低輸出電容

圖3a顯示了一個典型的電流模式降壓轉換器框圖，陰影區域表示反饋環路和補償電路。

（一）。

（二）。

圖3.典型降壓穩壓器（a）和典型反饋特性（b）的框圖。

反饋環路的特性如圖3b所示。環路增益為0 dB（增益= 1）時的頻率稱為交越頻率（fC).交越頻率越高，穩壓器的負載階躍響應越好。例如，圖4顯示了支持負載電流從1 A快速增加到5 A的穩壓器的負載階躍響應。結果顯示，交越頻率為20 kHz和50 kHz，分別產生60 mV和32 mV壓差。

圖4.比較降壓穩壓器在兩個交越頻率下的負載階躍響應。

從表面上看，增加交越頻率似乎是一個簡單的選擇：通過最小化輸出電壓降來改善負載階躍響應，從而可以減少輸出電容。然而，提高分頻頻率帶來了兩個問題。首先，必須確保反饋環路有足夠的相位裕量以防止振蕩。通常，在交越頻率處需要45°或更大（最好是60°或更大）的相位裕量。

另一個問題是開關頻率（f西 南部） 和 fc.如果它們的大小相似，負反饋會響應輸出電壓紋波，從而威脅到穩定運行。作為指導原則，將交越頻率設置為開關頻率的五分之一（或更低），如圖5所示。

圖5.如果開關頻率和控制環路交越頻率太近，負反饋可能會響應輸出電壓紋波。交越頻率最好保持在開關頻率的五分之一以下。

為了提高交越頻率，還必須提高開關頻率，這反過來又會導致頂部和底部FET的開關損耗增加，從而降低轉換效率并產生額外的熱量。電容的任何節省都會被額外的散熱組件的復雜性所抵消：翅片、風扇或額外的電路板空間。

是否可以在高頻操作下保持高效率？答案是肯定的。許多線性功率?ADI公司的穩壓器IC通過集成獨特的FET控制來實現這一點，即使在較高的開關頻率下也能保持高效率（圖6）。

圖6.線性穩壓器的功率與競爭對手的比較。在典型的穩壓器中，當開關頻率上升時，效率會下降。ADI線性穩壓器電源可在非常高的工作頻率下保持高效率，從而支持使用較小值的輸出電容。

例如，LT8640S 6 A輸出降壓穩壓器在2 MHz頻率（12 V輸入和5 V輸出）下工作時，在整個負載范圍（0.5 A至6 A）內保持90%以上的效率。

該穩壓器還通過降低電感電流紋波 （ΔIL），進而降低輸出紋波電壓 （ΔV外），如圖 7 所示。同樣，也可以使用更小的電感。

圖7.提高開關頻率以減小電容器和電感器的尺寸。

開關頻率越高，交越頻率可以提高，從而改善負載階躍響應和負載調整率，如圖8所示。

圖8.開關頻率的提高可改善負載階躍響應。

靜音開關穩壓器顯著降低旁路電容

如何降低旁路電容？旁路電容器的主要作用是吸收開關操作本身產生的噪聲。如果以其他方式降低開關噪聲，則可以減少旁路電容器的數量。實現此目的的一種特別簡單的方法是使用靜音開關穩壓器。?

靜音開關穩壓器如何降低開關噪聲？開關穩壓器有兩個電流環路：頂部FET導通而底部FET關斷時（紅色環路）和頂部FET關斷而底部FET導通時（藍色環路），如圖9所示。熱回路承載完全開關的交流電流，即從零切換到 I峰并回到零。它具有最高的交流和EMI能量，因為它產生最強的變化磁場。

圖9.開關穩壓器中的熱回路產生大部分輻射噪聲，因為它會產生交變磁場。

壓擺率控制可用于通過減慢柵極信號的變化速率（降低di/dt）來抑制開關噪聲。雖然可以有效抑制噪聲，但這會增加開關損耗，產生額外的熱量，特別是在前面描述的高開關頻率下。壓擺率控制在某些條件下非常有效，ADI公司還提供具有此功能的解決方案。

靜音開關穩壓器可抑制熱回路產生的電磁噪聲，無需壓擺率控制。相反，它分裂了 V在引腳為兩端，允許將熱回路分成兩個對稱的熱回路。產生的磁場被限制在IC附近的區域，并在其他地方顯著降低，從而最大限度地減少輻射開關噪聲（圖10）。

圖 10.獲得專利的靜音切換器技術。

LT8640S是該技術的第二代產品——靜音開關2（圖11）——在IC中集成了輸入電容器。這確保了最大的噪聲抑制，無需在布局中仔細放置輸入電容。當然，此功能也降低了MLCC的要求。另一個特性是擴頻頻率調制，通過動態改變開關頻率來降低噪聲峰值。這些功能的結合使 LT8640S 能夠輕松清除汽車的 CISPR 25 5 類 EMC 標準（圖 12）。

圖 11.ADI公司的靜音開關2技術將輸入電容引入IC內，從而簡化布局并改善噪聲抑制。

圖 12.靜音開關穩壓器 2 器件（如 LT8640S）中的噪聲抑制功能組合，即使在降低輸入和旁路電容的同時，也可以輕松清除 CISPR 25 5 類峰值限值。

結論

ADI線性器件的電源有助于降低MLCC要求，幫助設計人員克服MLCC短缺的問題。通過使用高頻操作來降低輸出電容要求，同時保持異常高效率。采用靜音開關穩壓器架構的器件可顯著抑制 EMI 噪聲，從而降低旁路電容器要求。靜音切換器 2 器件進一步降低了 MLCC 需求。

審核編輯：郭婷