輸入電容種類對輸入突波電壓的影響:以車用燈具為例

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隨著近年來攜帶性電子產品的盛行，3C產品體積微小化已是不可逆的趨勢。Ceramic capacitors 其Low ESR & High RMS current的基本特性也使得電子產品可兼顧微小化且不需要犧牲產品壽命，也因此Ceramic capacitors的普及性越來越高。然相較於傳統常見的Electrolytic capacitors，使用Ceramic capacitors有可能導致輸入電壓突波的現象。此現象在使用電池搭配長電力線的產品尤其明顯，例如車用電子相關應用領域。

        以下將透過一個簡單的車用LED driver Board系統示意圖來進行說明，下如圖一。圖一由左至右分別是是電池的簡易模型、電池到車燈的電力線、供電給車燈的開關及常見的Buck LED driver架構示意圖。其中電力線的部分請想像是有寄生電容及雜散電感的存在。當SW開啟瞬間可想像為車燈開啟瞬間，因此當車燈打開瞬間LED Driver Board的輸入電容CIN會被電池瞬間充電。因為充電路徑上有電感的緣故，因此在充電過程中會有震盪的現象，也因此假設系統原本為12V的電池，但在LED Driver Board 的CIN上可能會出現電池電壓的1.5倍甚至2倍以上的電壓。 而後隨著CIN電壓的上升，最終CIN電壓將會等於電池電壓。


圖一、車用LED driver Board系統示意圖

突波電壓的產生，將導致LED Driver Board的可靠度下降，目前這類型問題有以下幾個常用的系統解法可以使用。 A: 增加輸入電容容值、B: 輸入電容的類型從Ceramic Capacitors更換成Electrolytic capacitors、C: 輸入串聯電阻、D: 輸入端並聯TVS。其中C & D的系統示意圖如下圖二所示。其實透過上方對突波電壓生成的成因，即可理解到以上A~C的系統解法為何有效。然所有的系統解法都有其副作用，例如: A:增加輸入電容容值，很有可能就會有PCB空間與成本增加的副作用。B: 從Ceramic Capacitors修改為Electrolytic capacitors，Driver Board PCB空間勢必增加且可能會超過機構限高而根本無法使用。C: 增加串聯電阻，此方法等同於增加一固定負載，將降低Driver Board轉換效率、增加Driver Board 內部的環溫，但其增加成本最少。D: 增加TVS，則比較單純，一般僅考慮成本的問題。

圖二、系統解法示意圖

輸入突波電壓是電子產品設計時必須要考量點，本篇已透過車用LED Driver Board進行簡單的說明，包含生成的原因、系統的解法以及系統解法的副作用。各位可以挑選適合自己產品的解法以達到產品的體積、成本最小化且性能最佳化。

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