便攜式電池供電醫(yī)療設(shè)備中鉭電容的使用

　　圖2 穩(wěn)定運(yùn)行的LDO穩(wěn)壓器對(duì)ESR的要求

　　在本例中，如果LDO要高效率地工作，則需要低ESR的最小尺寸的電容器。對(duì)該應(yīng)用來說，符合要求的低ESR電容技術(shù)種類比較多。鉭電容的ESR一般情況下都是生產(chǎn)廠家在100kHz條件下定義的。本應(yīng)用需要10kHz下的ESR，以便實(shí)現(xiàn)合適負(fù)載線穩(wěn)定性。

　　選擇合適的電容可以通過10kHz時(shí)的阻抗-頻率關(guān)系來確定。如表2所示，有幾種固態(tài)鉭電容適用于該應(yīng)用。MLCC、鉭電容、鋁電解電容的對(duì)應(yīng)ESR請(qǐng)參見表2。雖然與采用錳負(fù)極的標(biāo)準(zhǔn)固態(tài)鉭電容相比，鉭聚合物電容ESR更低，但由于近期采用二氧化錳(MnO2) 負(fù)極對(duì)鉭電容結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，部分標(biāo)準(zhǔn)固態(tài)鉭電容產(chǎn)品的ESR 低于 50mΩ，完全可以用于LDO應(yīng)用。

　　圖3 0603鉭電容的阻抗-頻率曲線

　　圖4顯示了威世TM8 -298D 系列M 或0603外殼尺寸的電容器。0603鉭電容在10kHz時(shí)的ESR為1.19 Ω，如圖3的鉭電容阻抗-頻率曲線所示。該ESR正處于安全工作范圍內(nèi)，可實(shí)現(xiàn)出色的電路負(fù)載線穩(wěn)定性。在本例中，如果采用具有10 mΩ以下超低ESR的MLCC電容，在電路中就需要給電容串聯(lián)一個(gè)小電阻，以便為ESR提供安全工作范圍。由于空間及組件數(shù)量有限，采用單個(gè)0603鉭電容就可以同時(shí)滿足ESR和空間要求。

　　圖4 鉭電容的尺寸縮減

　　在某些情況下，在電路中同時(shí)需要大容量電容來減少壓降，以及超低ESR來處理紋波。在更高效率和更低功耗之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡傾向于使用ESR較低的電容。

　　也可以使用其他具有較高ESR的電容技術(shù)。MLCC0 0805是采用400層0805大小的X5R介電層的電容，規(guī)格為10μF~10V。另有采用0603 X5R介電層的10μF~10V電容。它們的ESR在10kHz條件下為 20mΩ。與鉭電容相比，MLCC電容的ESR非常低。然而對(duì)于在本應(yīng)用中用于LDO的電容來說，更低的ESR并不具有優(yōu)勢(shì)。

　　在本例應(yīng)用的電容選擇中，電路板空間和成本也是需要考慮的因素。

　　圖5 M.A.P. 鉭電容封裝

　　更先進(jìn)的鉭電容封裝去掉了引線框，提高了體積封裝效率和電氣性能。圖 6 對(duì)多陣列封裝 (M.A.P.) 裝配技術(shù)和傳統(tǒng)封裝技術(shù)進(jìn)行了比較。在標(biāo)準(zhǔn)鉭電容封裝中取消引線框裝配可以節(jié)省更多空間以容納更多的鉭芯。而在傳統(tǒng)引線框封裝中，鉭電容封裝的主體部分是塑封材料或者封裝物。如圖5所示，連接到引線框的正極引線也會(huì)占用封裝空間。總的來說，傳統(tǒng)引線框架封裝可用體積有效利用率僅30%。

　　如圖 6 所示，通過采用M.A.P.工藝提升封裝中的鉭芯放置精度，從而縮減整體封裝尺寸，實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)格的尺寸誤差控制。采用M.A.P.工藝實(shí)現(xiàn)的封裝還能夠降低凈空和為垂直方向的高密度線路提供更好的“參照線”。舉例來說，標(biāo)準(zhǔn)的注塑引線框架鉭電容D型最大高度為4.1mm，而采用M.A.P.工藝生產(chǎn)的D型的高度為1.65mm。

　　圖6 最新 MAP 鉭電容封裝具有最高體積效率