MLCC供不应求怎么办？这里送您一个解决方案！
在全球范围内，多层陶瓷电容(MLCC)供不应求。很大部分原因是因为手机的电子复杂性提高、电动汽车的销售量增加，以及全球各行各业电子内容的扩展。相比几年前，一些智能手机的MLCC用量翻了一番；相比使用典型的现代内燃机的汽车，电动汽车的MLCC用量增加至少4倍（图1）。MLCC从2016年底开始缺货，这使得生产大电容值产品（几十µF或更高）变得尤其困难，而最新电子器件采用的高能电源需要这种电容才能运行。制造工厂想要降低MLCC要求不可避免地想要从电源的电容要求着手，尤其是开关稳压器的电容。因此，电源设计人员成为解决电容短缺问题的关键。
图1. 全球范围内电动汽车(a)和手机(b)对MLCC的用量增加，但生产量没有相应增加，导致MLCC缺货。
典型的直流-直流降压变换器使用下列电容（参见图2）：
输出电容：在负载瞬态响应期间，平缓输出电压波纹和电源负载电流。一般使用几十μF到100 μF的大电容。
输入电容：除了稳定输入电压之外，它还被用于输入电流的即时供应。一般在几μF到几十μF之间。
旁路电容：吸收开关操作产生的噪声和来自其他电路的噪声。一般在0.01 μF到0.1 μF之间。
补偿电容：保证反馈回路中的相位裕量并防止振荡。通常为几百pF或几十nF。有些开关稳压器IC中采用了补偿电容。
降低电容的最好方法是想办法最小化输出电容的数量。本文接下来将介绍减少输入电容的策略方法，然后介绍降低旁路电容要求，以及，在一定程度上，减少输入电容的解决方案。
图2. 典型降压稳压器使用的电容。
图3a显示的是典型的电流模式降压变换器的框图，下部电路区域表示反馈回路和补偿电路。
反馈回路的特性如图3b所示。回路增益为0 dB（增益=1）时的频率被称为交越频率(fC)。交越频率越高，稳压器的负载阶跃响应性能越出色。例如，图4显示的是支持负载电流从1A快速增加到5A的稳压器的负载阶跃响应。所示结果对应的交越频率为 20 kHz和50 kHz，分别导致60 mV和32 mV压降。
图3. 典型降压稳压器(a)的框图和典型的反馈特性(b)。
图4. 比较采用两种交越频率时，降压稳压器的负载阶跃响应。
从表面上看，提高交越频率似乎是个简单方法：可以通过最小化输出压降来改善负载阶跃响应，从而减少输出电容数量。但是，提高交越频率会导致两个问题。
第一，需要保证反馈回路具备足够的相位裕量，以防止振荡。一般来说，采用该交越频 率时，需要45°或更高（最好是60°或以上）的相位裕量。
第二，需要注意开关频率(fSW)和fC之间的关系。如果它们的幅度相当，负反馈会响应输出电压波纹，从而影响到稳定运行。作为一项指导，可以将交越频率设置为开关频率的1/5（或更低），如图5所示。
要增加交越频率，需要同时增加开关频率，但是，这会导致顶部和底部FET的开关损耗增加，会降低转换效率和产生更多热量。在电容上实现的节省会因为增加散热元件带来的复杂性抵 消：比如鳍状散热器、风扇或额外的板空间。
图5. 如果开关频率和控制回路交越频率太过接近，负反馈可能响应输出 电压波纹。最好是让交越频率低于开关频率1/5。
是否能够在高频率下保持高效率？答案是肯定的。使用ADI Power稳压器IC就可以达到这种效果，这些稳压器IC采用独特的FET控制功能，在更高开关频率下也能保持高效率（图6）。
图6. Power by Linear稳压器与竞争产品。对于典型的稳压器，开关频率增高时，效率会下降。ADI Power稳压器可以在非常高的操作频率下保持高效率，因而支持使用值更小的输出电容。
例如，LT8640S A输出降压稳压器在操作频率为2 MHz时（12V 输入和5V输出），在整个负载范围内（0.5 A至6 A）能保持高于90%的效率。
这个稳压器也可以通过减少电流波纹(∆IL)来降低电容要求，从而降低输出波纹电压(∆VOUT)，如图7所示。或者，使用更小的电感。
图7. 通过增加开关频率来减小电容和电感的尺寸。
开关频率更高时，可以增加交越频率，以改善负载阶跃响应和负载调整，如图8所示。
图8. 增加开关频率可以改善负载阶跃响应。
如果减少旁路电容的数量，会如何？旁路电容主要被用于吸收开关操作产生的噪声。如果能从其他方面降低开关噪声，就可以减少旁路电容的数量。有一个特别简单的方法可以实现这种 效果，即使用Silent Switcher®稳压器。
Silent Switcher稳压器如何降低开关噪声？开关稳压器具有两个电流回路：顶部FET开启，底部FET关闭（红色回路）；顶部FET 关闭，底部FET开启（蓝色回路），如图9所示。热回路传输完全开关的交流电流，也就是说，从0切换到IPEAK，然后回到0。它具备最高的交流和EMI能源，会产生最强变化的磁场。
图9. 开关稳压器中的热回路会因为本身产生的交变磁场而导致大量辐射 噪声。
可以使用压摆率控制来降低栅级信号变化的频率（降低di/dt），以便抑制开关噪声。这种方法虽然能够抑制噪声，但会增加 关损耗，导致产生更多热量，在之前所述的高开关频率下尤其 如此。压摆率控制在某些条件下是有效的，ADI也提供包含这种控制的解决方案。
Silent Switcher稳压器可以抑制热回路中产生的电磁噪声，但不是使用压摆率控制。而是将VIN引脚一分为二，令热回路可以分成两个对称的热回路。产生的磁场被限制在靠近IC的区域，其他位置大幅降低，从而最大限度地降低辐射开关噪声（图10）。
图10. 获得专利的Silent Switcher技术
LT8640S是Silent Switcher技术的第二代，即Silent Switcher 2（图11），IC内部集成高频输入电容。这可以确保最大限度地抑制噪声，因此也无需如以前一样非常小心地在布局中确定输入电容的位置。毫无疑问，这也会降低对MLCC的要求。另一项功能——展频，会通过动态改变开关频率来降低噪声峰值。LT8640S兼具这些功能，因此能够轻松满足CISPR 25 5级EMC汽车标准（图12）。
图11. ADI提供的Silent Switcher 2技术在IC中集成输入电容，由此简化布局和提升噪声抑制性能。
图12. 在Silent Switcher 2器件（例如LT8640S）中采用这些降噪功能使 得产品能够轻松满足CISPR 25 5级峰值限值标准，甚至降低输入和旁路电容。
ADI Power器件有助于降低MLCC要求，从而帮助设计人员解决MLCC短缺问题。可以通过使用高频率操作来降低输出电容要求，同时保持出色的高效率。采用Silent Switcher 架构的器件可以大幅抑制EMI噪声，从而降低旁路电容要求。Silent Switcher 2器件进一步降低了对MLCC的需求。
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