罗姆丨“大容量电容器”已经风光不再？颠覆LDO常识的ROHM NanoCap™技术

　　随着车载电子设备和工业设备的不断发展，电路板上电容器容量不足和安装空间紧张已成为亟待解决的严峻课题。但另一方面，在LDO(Low Dropout)稳压器的输出电容器选型时，为避免振荡等非常恶劣的情况发生，即便牺牲电路板空间和成本，也需要配置大容量电容器，这已成为业界惯例。然而，担心这种方法在未来是否依然可行的工程师应该不在少数。

　　对此，ROHM开发出适用LDO的新技术“NanoCap™”，可在将输出电容容量降至470nF(0.47µF)的同时实现稳定工作。这为工程师提供了一种降低振荡风险的同时削减电路板安装面积的设计方法。本文将为您介绍颠覆LDO设计常识的创新技术——NanoCap™。

　　※NanoCap™是ROHM Co., Ltd. 的商标或注册商标。

　　目录

　　1. 这种LDO设计，真的有那么好吗?

　　2. ROHM的设计理念：为何470“nF”的电容也不会振荡?

　　3. NanoCap™ LDO有何独特之处?

　　4. 设计人员的福音：摆脱电容的束缚

　　5. 有疑问不妨在“ROHM官方技术论坛”上讨论一下?

　　6. “真的不会振荡吗?”致心存疑虑的你

　　7. 设计，因思维而大不同

　　8. 产品介绍、详细信息、其他链接等

　　1.这种LDO设计，真的有那么好吗?

　　LDO是一种可在输入输出电位差较小状态下工作的线性稳压器，而“NanoCap™”则是一项通过内部电路控制其相位裕度的创新技术。

　　“担心发生振荡，姑且先装上偏大容量的电容器吧。”

　　在LDO设计中，您是否有过这样的“保险”经历?

　　为了使输出稳定，需要配置数µF〜数十µF的电容，为保险起见会选择更高一级的容量。若启动时出现异常行为，再进一步追加容量——这种方法本身并无不妥，多数电路借此便能稳定运行。

　　然而，这种稳定性也需要付出一些代价。

　　那就是电路板面积被挤压，元器件数量也不断增加，随之而来的是成本的持续攀升。

　　即便如此，振荡的风险也不能完全消除。

　　如今，在车载、工业设备及消费电子等众多领域的高密度安装趋势中，LDO的应用场景也在不断扩大。“因为担心发生振荡，姑且先装上大容量电容器再说”这种传统认知，今后是否仍能称之为更优解呢?

　　ROHM的NanoCap™技术，正是源于对这种“传统认知”的质疑而诞生的创新成果。

　　如果有一种LDO，即使采用容值非常小的电容器也能稳定运行，而且同时具备高速响应特性会怎么样呢?有了这样的产品，还要继续沿用传统做法采用大容量电容器吗?

　　2.ROHM的设计理念：为何470“nF”的电容也不会振荡?

　　LDO的输出电容器主要有两个作用。

　　一个是通过相位补偿实现稳定，另一个是在负载波动时提供电荷。

　　传统LDO将电容容量(及ESR)作为稳定性的核心考量要素。因此，降低容量会导致相位裕度不足，从而使电压波动增大，严重时甚至会引起振荡。

　　ROHM的NanoCap™ LDO设计理念，恰恰与之相反——

　　并不依赖电容，而是专注于在“控制电路层面”实现稳定性。

　　该技术并非依赖外部电容来获取相位裕度，而是通过优化LDO内部的补偿电路，实现了即使使用仅纳法(nF)级的小容量电容器，也能确保充分相位裕度的设计。

　　然而，若减少容量，在负载骤变时可供给的电荷量便会减少，从而导致电压大幅下降。

　　对此，ROHM在NanoCap™ LDO中融入了高速响应技术“QuiCur™”。这样，可以将频率特性发挥到更优，即使容量很小也能瞬时响应负载波动，从而成功维持了实用的电压精度。

　　※“QuiCur™”是ROHM Co., Ltd.的商标或注册商标。

　　3.NanoCap™ LDO有何独特之处?

　　NanoCap™ LDO与传统LDO的本质区别在于“更小电容”这一前提。

　　常规LDO通常以2.2µF至10µF左右的容值规格为前提进行评估和设计，而NanoCap™ LDO仅需470nF(0.47μF)的输出电容即可。也就是说，即使将输出电容降至传统产品的1/5到1/20，在数百mA级的负载波动状态下，仍可将电压波动控制在数十mV至100mV范围内，实现了与传统产品同等的性能。

　　具体在哪些应用场景中采用NanoCap™ LDO，更能充分发挥其优势性能呢?

　　例如，车载摄像头模块、ADAS传感器等空间非常有限的车载应用，以及需要超小型封装的IoT设备和可穿戴设备等应用，都非常适合采用该产品。

　　如果应用于工业传感器网络，将有助于降低配置多个LDO时电路板的BOM成本，并减轻元器件管理负担。

　　ROHM针对车载设备、工业设备、通信基础设施等领域所使用的12V/24V级一次电源应用，已经开发出输出电流500mA的LDO稳压器IC“BD9xxN5系列”(共18款产品)，并已投入实际应用。

　　本产品为输出电流150mA的“BD9xxN1系列”的电流扩展型号。其输出电流提高至500mA，是以往型号的3倍以上，适用于需要更大电流的应用，应用范围更广。

　　(产品详情：单通道输出 低饱和稳压器 (LDO) - 产品搜索结果 | 罗姆半导体集团- ROHM Semiconductor)

　　4.设计人员的福音：摆脱电容的束缚

　　不仅仅是容量减小，这个差异将给实际设计带来四大显著变化。

　　1. 减少电路板安装面积

　　若选用470nF(0.47μF)级的电容器，在0603尺寸中进行贴装也具备可行性。

　　越是大量使用LDO的电路板，这种空间节省对整体尺寸的影响就越大。

　　另外，即使常规的10μF级别LDO在市场上出现紧缺，只要拥有了470nF(0.47μF)这一选项，就能确保在不更改设计的前提下灵活应对。

　　2. BOM的精简优化

　　无需“为了以防万一而增加并联”。

　　由于可直接在建议条件下完成设计，因此能将元器件数量控制在更低限度。

　　另外，减少元器件数量有助于降低采购管理成本，从而有望带来经营层面的效益。

　　3. 提升布局灵活性

　　电容器的布局限制得以放宽，因此可以将资源分配给更需要优先考虑的布局事项，如热设计、噪声对策和更短布线等。另外，取消大电容器可以扩大电路板的铜箔走线面积，从而有望提升LDO自身的散热效率。

　　4. 加快设计决策

　　摆脱“为应对振荡而疲于调试”的困扰。

　　考量的维度得以简化，从而加快试制与评估的循环。

　　5.有疑问不妨在“ROHM官方技术论坛”上讨论一下?

　　“曾因启动时的振荡而耗时数日苦苦排查原因”

　　“应对负载波动的对策，最终演变成电容器的数量战”

　　对于许多拥有此类经历的工程师而言，NanoCap™ LDO作为“增加容量之外的解决方案”，必将成为设计过程中的一大利器。

　　不过，即便是这样的NanoCap™ LDO也并非是万能的。

　　这是一款与传统电容器的设计理念截然不同的产品，因此大家难免会有诸多顾虑，例如“在自己的设计环境中效果如何?”“采用时有哪些注意事项?”等。

　　为此，ROHM在免费的官方技术论坛“ROHM官方技术论坛”上，与各位工程师共享电源设计中的实际困扰与见解，跨越行业、业务领域及企业的壁垒，并推进各项举措以解决工程师所面临的难题。

　　“您的电路板上，电容器所占面积的百分比大约是多少?”“是否出现过470nF(0.47μF)电容器实际上不够用的情况?”诸如此类仅靠企业内部难以收集到的与小型化相关的信息，以及实际试用过“NanoCap™”的工程师的反馈与建议，乃至其他各种问题和疑惑，ROHM工程师也会一起参与其中展开讨论。

　　例如，不妨试着浏览一下ROHM官方技术论坛中的社区小组“DCDC转换器的PCB Layout指南(仅限会员)”。从电源设计的基本理念到基于具体产品的疑问，以及ROHM技术人员对此的解答和各位工程师的真知灼见，您一定能找到有助于提升技术开发能力和解决疑难问题的信息。

　　欢迎随时浏览，更期待您加入小组，分享您的经验和见解。

　　小组：DCDC转换器的PCB Layout设计指南

　　6.“真的不会产生振荡吗?”致心存疑虑的你

　　“道理明白了，但还是想在实机设备上验证一下。”作为工程师，这么想是理所当然的。

　　NanoCap™的详细特性数据和评估波形，已在ROHM官网上公开。

　　另外，对于“希望在实机运行前先进行测试”的工程师，推荐使用ROHM Solution Simulator，该工具可在浏览器上对NanoCap™ LDO的瞬态响应和稳定性进行仿真。同时ROHM还提供SPICE模型，有助于降低客户的试制成本，并使元器件用量的优化调整过程更加顺畅。

　　针对车载设备、工业设备和通信基础设施等领域所使用的12V/24V级一次电源应用，输出电流500mA的LDO稳压器IC“BD9xxN5系列”(共18款产品)正获得越来越多工程师的青睐，该系列是输出电流150mA的“BD9xxN1系列”的电流扩展型号。

　　该产品的输出电流提高至500mA，是以往型号的3倍以上，非常适用于需要更大电流的应用。详情请点击以下链接：

　　单通道输出 低饱和稳压器 (LDO) - 产品搜索结果 | 罗姆半导体集团 - ROHM Semiconductor

　　7.设计，因思维而大不同

　　电源的不稳定性是从根本上动摇整个系统可靠性的重大课题。

　　是依靠“堆叠电容器”来实现稳定，还是通过“控制”来创造稳定，拥有更多的选择，理应成为设计人员的优势。

　　不妨在您的下一次设计中，尝试加入“NanoCap™”这个新选项吧?