POSCAP钽电容器的特点及在DC/DC控制器中的应用

描述

1 引 言

日本三洋(SANYO)公司的POSCAP是“聚合物有机半导体固态电解电容器”的英文缩写。大部分POSCAP的阳极是烧结钽,仅少部分的阳极为铝箔,所以常用的是POSCAP钽电容器。POSCAP钽电容器特别适用于电源电路中的滤波电容器,如个人计算机、便携式计算机及基站、录像机、数码相机、导航系统(GPS)、PDA、移动电话、DVD等中的DC/DC转换器。不少DC/DC转换器生产商为了帮助用户开发新产品,在数据资料中给出参数齐全的典型应用电路,用户可按电路图组成完整的电源。同时还专门提供评估板,加速开发的周期。但如果使用条件(如开关频率、输入电压、输出电压或输出电流)有所改变,与典型应用电路有差别,则电路中的有关元器件的参数也要做相应的改变。本文通过实例介绍在使用条件改变时,经过简单计算,确定使用条件改变后的电感器值和输出电容器的值,选择合适的POSCAP电容器。

2 POSCAP钽电容器的特点与应用实例

POSCAP钽电容器的特点是尺寸小而电容量大;ESR(等效串联电阻)低;允许纹波电流大;有极好的吸收噪声的特性和频率特性;有较好的温度特性;寿命长;出现故障时不会爆炸、燃烧,比一般的钽电解电容器安全,故最适用于高效率、低电压、大电流降压式DC/DC转换器中作输出电容器。近年来,电子产品的工作电压从5 V降到3 V,甚至降到1.0 V以下,相反的是输出电流在增加,为此开发出很多高效率、低电压、大电流降压式DC/DC转换器。POSCAP钽电容器在10~100 kHz范围内比一般钽电容器电容量变化小很多,所以对于工作频率在1~3 MHz的DC/DC转换器,选用POSCAP钽电容器极为有利,可减少损耗和纹波电压。

由美国国家半导体公司LM2745组成的高速同步整流降压式DC/DC转换器电路如图1所示。当使用条件改变后,原典型应用电路中的电感器值和输出电容器的值可能发生改变,所以需要选择合适的POSCAP电容器。

电容器

该电路输入电压VIN=3.3 V,VCC=3.3 V,输出电压VOUT=1.2 V,最大输出电流IOUT(max)=1.6 A,开关频率fsw=1 000 kHz。图中C01.2是C01与C02并联,C02是0.1μF, 16 V的多层陶瓷电容器。计算其电感器L1及C01的具体步骤如下:

(1) 初步估算电路上的纹 △I′OUT

△I′OUT可取IOUT(max)的20%~40%,但因开关频率较高,输出电流IOUT(max)较大,采用20%的系数,则有:

△I′OUT=20%IOUT(max)=3.2 A

(2) 电感器L1的计算

电容器

L1值按相近的标准值选取,即LACT=0.22Μh

(3) 纹波电流△IOUT的复算

根据LACT的值来复算△IOUT,具体公式如下:

电容器

(4) 选合适的POSCAP钽电容器

根据已知的VOUT及计算出的△IOUT,按POSCAP样本选择合适的输出电容器COUT。要满足两个条件:VOUT=(0.8~0.9)VRATED(电容器的额定电压);△IOUT(ALLOW)(电容器的最大允许纹波电流)》>△IOUT。若所选的单个电容器的△IOUT(ALLOW)不能满足大于△IOUT的要求,可用N个同型号的电容器并联,使△IOUT(ALLOW)×N》△IOUT。

所以按POSCAP样本选额定电压6.3 V的6TPD470M,其电容量为470 μF,ESR为10 mΩ(max),△IOUT(ALLOW)为4400mA,满足选择电容量的两个条件。

(5) 最大的输出纹波电压的计算

选定电容器后,可知道其最大ESR值,则最大的输出纹波电压为:

△VOUT=△IOUT×ESR/N=3.4 A×10 mΩ=34 mV

如果计算出来△VOUT不能满足要求,再选择ESR更低的或增加N值来解决。采用电容量大、ESR小的电容器的目的是减小输出纹波电压及改善负载瞬态响应。若采用其他电解电容器往往需要更大的电容量或更多的并联数,POSCAP钽电容器充分发挥了他的特长。

以上计算结果与数据资料的参数十分相近,有一定实用价值。但考虑到电容器的允差及温度对ESR和电容量的影响,所以需要实验来验证或修改。

3 结 语

近年来,不少DC/DC控制器生产厂家在其典型应用电路及评估板上都采用了POSCAP钽电容器。借鉴以上POSCAP钽电容器的应用实例,工程技术人员利用以上公式计算出使用条件变化时,其他类型DC/DC转换器应用电路元器件参数值,选择合适的POSCAP钽电容器。但必须注意POSCAP钽电容器不可反极性使用,不能超过额定电压使用,要限制急速地充电或放电.要确认在工作温度范围内等事项。

责任编辑:gt

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