电容器指南

ESR控制型低ESL电容器的商品化

前言

在 追求革新并且具有魅力的产品的进程中,电子设备一直在持续进步。在这当中核心产品当属高性能的LSI,通信设备无处不在地支撑着整个社会,它被安装在生活 无法或缺的设备中,例如PC・TV・手机等电子设备。片状多层陶瓷电容器支撑着该高性能的LSI,为了能够吸收工作时产生的负载变化和消除噪声,在LSI 的周边还同时配备了许多的去耦元件。

目前为止作为噪声对策的基础"降低目标线的阻抗"是最常用的解决方法。因此,ESR这种阻抗成分较低的片状多 层陶瓷电容器被用来作为噪声对策元件是最合适的,但是搭载多数的此元件,由于电路不同也会出现不适合的情况。由于ESR过低,会出现被称为反共振的阻抗峰 值,导致出现峰值的频率范围内的去耦性能就会降低。

为了解决这一问题,村田公司将比ESR值更高的ESR控制型低ESL电容器"LLR系列"产品化。本文将介绍该"LLR系列"的产品。

LLR系列的特征

 "LLR系列"中最大的特征就是ESR值较高,可对应100~1000mohm的4种阻抗值。(表1)
 作 为电容器的电气特性来说最理想的容量表示是ESC,由于电介质材料和内部电极的损耗,会存在被称为ESL的线圈部分以及称为ESR的阻抗部分,因此,其阻 抗特性图是如图1的谷型图。片状多层陶瓷电容器的特征是ESR值较低(Q值高),相反的就导致了容量不同的电容器和LSI封装的容量成分引起反共振的现 象。为了防止出现这种情况,就要提高电容器的ESR值(降低Q值),像浴盆曲线一样的阻抗特性就是LLR系列的特征。并且,由于LSI控制了负载变化,因 此可以控制电容器的ESL值,对于提高充放电特性来说是理想的,普通的片状多层陶瓷电容器的内部电极模式改变了,通过ESR控制导致ESL值同时增加的问 题也随之出现了。村田公司采用了独特的设计,成功地在保持ESL值的同时控制了ESR值。并且通过这一点实现了宽频带中电容器性能的功能。

表1: LLR系列产品阵容表
图1: 电容器的阻抗曲线

LLR电容器的使用方法

(1)反共振控制

电 容器的ESR值过低的话会引起反共振现象。这里举例说明一下LSI封装和引起反共振的事例。一般的电路结构中,高性能的LSI和作为其电源的DC-DC转 换器之间会配置各种转换器。(图2)C01所示的上封装电容器(LSI封装电路板上搭载的电容器)负担着高频范围中作为去耦元件的作用,C02/C03所 示的大容量陶瓷电容器以及超过100μF的铝电解电容器作为低/中频率范围的去耦来使用。在这样的电路结构中,在很容易受到反共振影响的情况下,在一个 LSI封装和上封装电容器(C01)之间,LSI封装所持有的微小的容量成分和封装上搭载的电容器(C01)的ESL成分的关系会引起与LC共振相对的反 共振。

而用来控制这种反共振的方法,1.扩大拥有LSI封装的静电容量;2.降低电容器的ESL值;3.提高电容器的ESR值。方法1和方法2中相关的主要取决于在设计设备时所选择的元件,方法3提高ESR值是最简单的,也就是通过了这一点才实现了LLR系列。

LSI封装上搭载的电容器(C01)全部换成LLR系列的话模拟数据如图3所示。阻抗值增大,反共振峰值降低就显而易见了。此次进行的模拟数据峰值减低了1/50,预计也能降低对象频率范围内的噪声。

图2 LSI搭载基板的电路构成例
图3 电路阻抗模拟数据

(2)DC-DC转换器的振荡预防

降 压型的DC-DC转换器的输出端可抑制输出电压变动(纹波电压波动),因此可使用电容器。此外,从DC-DC输出的电压已经被平滑化了,在输出端会形成 LC低通滤波器。(图4)低ESR的片状多层陶瓷电容器如果用在这里话,会产生震荡。要防止震荡的话,为了留有余地通常需要提高电容器的ESR值,此方法 可通过使用LLR系列实现,片状多层陶瓷电容器的特点在于会因ESR而可能引起克服震荡的事例。因此,在电路设计时需要考虑的事情很多。

图4 降压型DC-DC转换器

※本公司的片状多层陶瓷电容器相关的详细信息请点击下方链接。
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