降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器如何將電解電容更換為MLCC
1、更換降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器中的輸出電容器
ESR與波紋電流導(dǎo)致的電容器發(fā)熱問(wèn)題是電源電路輸出電容器中的突出問(wèn)題。
圖是作為POL轉(zhuǎn)換器等電子設(shè)備中較為常用的降壓型小型DC-DC轉(zhuǎn)換器的基本電路。
作為DC-DC轉(zhuǎn)換器中自己發(fā)熱問(wèn)題、節(jié)省空間及提高可靠性的解決方案，將電解電容器更換為MLCC的對(duì)象主要為該輸出電容器。
注：POL轉(zhuǎn)換器（降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器）的基本電路。
圖是作為POL轉(zhuǎn)換器等電子設(shè)備中較為常用的降壓型小型DC-DC轉(zhuǎn)換器的基本電路。轉(zhuǎn)換器的主要電路得到IC化，并通過(guò)印刷線(xiàn)路板外接電容器及電感器（也有內(nèi)置產(chǎn)品）位于IC前段的電容器稱(chēng)為輸入電容器（Cin）、位于后段的電容器稱(chēng)為輸出電容器（Cout）。DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電容器通過(guò)積蓄電荷使輸出電壓平滑化，同時(shí)起到將交流的波紋成分釋放至地線(xiàn)層側(cè)，并將其除去的作用。
2、降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器中的輸出電容器特性比較
使用如下評(píng)估線(xiàn)路板，對(duì)降壓型DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出電容器的輸出電壓進(jìn)行了比較。用于比較的電容器為靜電容量22μF的普通鋁電解電容器、鉭電解電容器、功能性高分子鋁電解電容器以及MLCC。
3、由于MLCC的ESR較低，因此波紋電壓較小，自己發(fā)熱較少
根據(jù)前述條件，對(duì)靜電容量為22μF的普通鋁電解電容器、鉭電解電容器、功能性高分子鋁電解電容器以及MLCC分別比較了輸出電流與輸出電壓。
ESR以及引起自己發(fā)熱的波紋電壓從大到小的順序?yàn)椋浩胀ㄤX電解電容器＞鉭電解電容器＞功能性高分子鋁電解電容器＞MLCC。
功能性高分子鋁電解電容器是將導(dǎo)電性聚合物作為電解質(zhì)實(shí)現(xiàn)低ESR的產(chǎn)品，與普通鋁電解電容器相比，波紋電壓顯著變小，但其形狀較大，價(jià)格也較高。
各電容器的阻抗-頻率特性、ESR-頻率特性如下所示。
ESR越小的電容器，能夠?qū)⒉y電壓抑制到更小。如下述圖表所示，MLCC的特點(diǎn)在于ESR極小，僅為數(shù)mmΩ左右。因此，使用MLCC更換電解電容器將能夠發(fā)揮極佳的表現(xiàn)。
4、將DC-DC轉(zhuǎn)換器中的電解電容器更換為MLCC的優(yōu)點(diǎn)
將DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電容器從電解電容器更換為MLCC(積層貼片陶瓷片式電容器)不僅能夠抑制波紋，同時(shí)還可通過(guò)小型低背形狀為電路線(xiàn)路板帶來(lái)節(jié)省空間、長(zhǎng)壽命化以及提高可靠性等多種優(yōu)點(diǎn)。
1）抑制波紋、高可靠性、長(zhǎng)壽命化
ESR較高的電解電容器會(huì)因波紋電流導(dǎo)致自己發(fā)熱，從而縮短壽命。
MLCC的ESR比電解電容器降低量達(dá)到兩位數(shù)，在實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壽命的同時(shí)提高了可靠性。
2）小型化
通過(guò)更換為小型低背形狀可使電路線(xiàn)路板更加節(jié)省空間。
問(wèn)題：通過(guò)增加電解電容器的容量是否可以抑制波紋電流？
電解電容器的靜電容量增大能一定程度降低ESR。但一般情況下很難通過(guò)增加容量實(shí)現(xiàn)抑制波紋。這是因?yàn)殡S著容量增加，時(shí)間常數(shù)也會(huì)相應(yīng)增加的原因。
電容器的充放電過(guò)程等過(guò)渡現(xiàn)象的響應(yīng)速度是以時(shí)間常數(shù)（τ）的指標(biāo)進(jìn)行表示的。在由電阻（R）與電容器（C）構(gòu)成額RC電路中，時(shí)間常數(shù)τ＝RC（R的單位為歐姆[Ω]，C為靜電容量，單位為法拉[F]）。時(shí)間常數(shù)越小，電容器充放電所需時(shí)間則越短，而時(shí)間常數(shù)越大則時(shí)間越長(zhǎng)。
若使用過(guò)大容量的電解電容器，時(shí)間常數(shù)也會(huì)變得極大，因此在短時(shí)間內(nèi)反復(fù)開(kāi)關(guān)的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，開(kāi)關(guān)OFF的時(shí)間內(nèi)無(wú)法完成放電，從而電解電容器中會(huì)殘留電荷。結(jié)果無(wú)法充分降低電壓，電壓波形發(fā)生扭曲，從而使輸出不穩(wěn)定，最終無(wú)法得到良好的抑制波紋的效果（圖14）。
而在MLCC中，在較廣的頻率頻帶中ESR較低，因此不會(huì)產(chǎn)生以上問(wèn)題，將電解電容器更換為MLCC后，可實(shí)現(xiàn)良好的波紋抑制效果。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2017-07-26
