使用 D-CAP+™ 控制模式减少电路种 MLCC 的数量

1.前言

目前状态是整个芯片市场，包括(MLCC) 的短缺日益严重，这种情况很可能会持续到 2023 年。片式多层陶瓷电容器 (Multi-layer Ceramic Capacitor 简称MLCC)是电子整机中主要的被动贴片元件之一，MLCC具有高可靠、高精度、高集成、高频率、智能化、低功耗、大容量、小型化和低成本等特点。

2.MLCC的优点
1、由于使用多层介质叠加的结构，高频时电感非常低，具有非常低的等效串联电阻，因此可以使用在高频和甚高频电路滤波无对手；

2、无极性，可以使用在存在非常高的纹波电路或交流电路；
3、使用在低阻抗电路不需要大幅度降额；
4、击穿时不燃烧爆炸，安全性高。

MLCC可适用于各种电路，如振荡电路、定时或延时电路、耦合电路、往耦电路、平滤滤波电路、抑制高频噪声电路、旁路等。近年来还在DC/DC变换器电路、电荷泵变换器电路中得到了极其广泛的应用。这些电源电路中的工作频率已进步到1～3MHz，在这个频率范围内MLCC有极好的性能，它不仅减小了能量损耗、纹波电压，进步了转换频率，并且体积小，本钱低（取代了钽电解），这对便携产品具有重要意义

3.解决方案

所以芯片厂家现在正在寻求用聚合物或其他电容器类型代替陶瓷电容器。与竞争解决方案相比，TI D-CAP+™ 控制模式多相控制器、转换器和模块（如TPSM831D31 ）可以帮助硬件设计人员减少其主板上的 MLCC 数量。

D-CAP+ 控制模式是 TI 专有的脉宽调制控制器和转换器控制架构，可在输入电压和相数等变化条件下实现非常简单的环路补偿和出色的环路稳定性。

它是一种电流模式恒定导通时间控制，它使用真正的电感器电流检测实现，而不是 D-CAP2™ 和 D-CAP3™ 控制拓扑中使用的注入或仿真纹波电流方案。D-CAP+ 控制模式具有固定的稳态导通时间和负载瞬态条件下的自适应关断时间（交流响应），其中调整关断时间并产生（拉入）更多脉冲以快速响应负载瞬变并保持输出电压处于稳压状态。 

由于导通时间受到调节，因此在非连续导通模式 (DCM) 中存在自然周期拉伸，从而在跨越连续导通模式和 DCM 边界时产生更高的效率和平滑的控制。D-CAP+ 控制模式非常容易补偿，并且不需要电压模式控制架构中所需的复杂类型 3 补偿电路。有关 D-CAP+ 控制模式的更多信息。

由于 D-CAP+ 控制模式对处理器/专用集成电路/现场可编程门阵列负载瞬态的响应速度比固定频率控制架构快得多，因此它可以满足严格的容差规范，而无需使用其他方式的 MLCC 数量需要放电或充电以向负载提供所需的能量。

图 1 比较了 TI 电压模式控制器与 D-CAP+ 控制器在此类负载瞬变期间的情况。该TPS53647  d-CAP +控制模式控制器具有较低的过冲和下冲，尽管具有较低的交越频率。

图 1：电压模式和 D-CAP+ 控制器之间的负载瞬态响应比较

在与具有非 D-CAP+ 控制的竞争多相控制器进行比较时，结果是相似的。图 2 比较了 1kHz 负载瞬态重复率下从 180A 到 240A 的 60A 负载阶跃。D-CAP+ 控制器再次导致较低的过冲和下冲。这些结果在完全相同的条件下在相同的主板上复制。该TPS53681  d-CAP +控制器可以达到更好的负载瞬态响应和更快的输出电压稳定。

图 2：竞争器件与 TI 的 D-CAP+ 控制器之间的负载瞬态响应比较

作为最后一个示例，让我们将中央处理器 (CPU) 供应商的参考设计与我们自己的 Vcore 设计进行比较。热设计电流 (TDC) 为 116 A，而最大电流 (I MAX ) 为 395 A。

测试数据显示，D-CAP+ 控制器可实现更快的负载瞬态响应，与 CPU 供应商参考设计相比，这意味着可显着节省 MLCC。

表 1 总结了结果。D-CAP+ 控制解决方案仍然满足 CPU 过冲和下冲规范，同时消除了 42 个 MLCC 和 >700 µF 的输出电容。表 1 比较适用于任何 D-CAP+ 控制模式稳压器与竞争稳压器。

表 1：116-A TDC 和 395 I MAX设计的CPU 参考设计与 D-CAP+ 解决方案 MLCC 计数比较

MLCC 短缺不会很快消失。如果我们想减少设计物料清单中的 MLCC 数量，以便更快地将新项目推向市场，请考虑使用 TI 的 D-CAP+ 控制器、转换器和模块。