减少电容器的贴装面积！
～介绍活用模拟的零部件优化研究事例～
2022-09-23
对于从事汽车应用设备的客户来说，缩短开发周期和实现应用设备的小型化始终是一个重大课题。Panasonic为解决电路/基板设计人员所面临的这些难题，提供了广泛的产品阵容。我们将在本文中介绍通过使用Panasonic的导电性聚合物混合铝电解电容器（下称混合电容器）来解决控制系统和马达系统应用设备设计中遇到的难题的事例。
应用设备设计的要求和课题
Panasonic的混合电容器在汽车应用设备的DC/DC电源电路中，作为输入用和输出用电容器被广泛采用。这些应用设备厂家的电路/基板设计工程师因上游客户的需求而困扰的具体例子包括以下几个：
- 在保持以往尺寸的同时，希望尽量减小负载变动时的电压变动；
- 为了实现应用的轻量化和小型化，最佳零部件的选定和置换评估需要时间。
此外，在实际设计基板的阶段，还会遇到以下难点：
- 虽然高度绰绰有余，但基板的贴装面积不足；
- 如果不减少零部件的数量，就无法贴装到基板上；
- 希望确保用来追加噪声抑制零部件的空间。
针对诸如发动机ECU和ADAS DCU（Domain Control Unit）等控制系统，以及诸如电动压缩机、电动泵、EPS等和马达系统应用设备电源电路中的这些难题，Panasonic通过活用混合电容器来提供最佳的设计支持。
基于混合电容器的提案事例
这里介绍为实现在发动机ECU和ADAS DCU等控制系统应用设备中使用的“12V输出DC/DC电源”的基板小型化，通过将原本使用的3个输出用电容器置换为1个的提案事例。
电路图
在研究置换输出用电容器时，需要考虑电容器的容量值、ESR值、ESL值的变化对电气特性的影响，以及电源设计上的各种限制。本公司从广泛的混合电容器产品阵容中，为您提供能够消除电源特性和设计上限制的最佳产品。上图所示的DC/DC电源电路中，当前的设计使用3个额定25V 330uF、尺寸10×10.2mm、纹波电流2.0Arms、ESR 20mΩ的ZC系列混合电容器，并将其并联。
为了节省基板空间，在减少组件数量时，需要研究容量在560uF以上的候选产品。本公司产品中，ZS（560uF）、ZU（560uF）、ZSU（560uF、1000uF）、ZKU（560uF）等系列都可以作为候选产品。在本次的提案事例中，我们将介绍通过最能期待削减效果的ZSU（1000uf）来进行置换的研究例子。
下图为负载骤变时电源输出电压的模拟评估结果。
使用1个ZSU系列混合电容器（额定 25V 1000μF、尺寸φ10×16.5mm、纹波电流4.0Arms、ESR 11mΩ）进行置换的模拟结果表明，在负载变动的上升和下降过程中，电源电压表现出与当前设计相同的性能，此外，还可将基板贴装面积减少约66%。
客户自行进行上述设计研究时，必须从众多电容器产品中根据规格寻找合适的产品，非常费时费力。另外，如果只研究规格的数值，往往会导致选择了性能过剩的产品，无法实现优化。虽然通过电路的试制和验证可以实现优化，但这通常需要耗费大量的精力、时间和成本。
总结
在客户研究使用混合电容器的过程中，Panasonic可以根据客户的电源电路使用条件，提供最佳产品。由于松下电器掌握了规格表中未标出的产品特性，因此能够做出更合适的提案。今后，我们将继续通过活用模拟工具等来支持客户应用设备的优化设计，为节省精力、时间和成本做出贡献。
