降壓型DC-DC轉換器如何將電解電容更換為MLCC

1、更換降壓型DC-DC轉換器中的輸出電容器

ESR與波紋電流導致的電容器發熱問題是電源電路輸出電容器中的突出問題。

圖是作為POL轉換器等電子設備中較為常用的降壓型小型DC-DC轉換器的基本電路。

作為DC-DC轉換器中自己發熱問題、節省空間及提高可靠性的解決方案，將電解電容器更換為MLCC的對象主要為該輸出電容器。

注：POL轉換器（降壓型DC-DC轉換器）的基本電路。

圖是作為POL轉換器等電子設備中較為常用的降壓型小型DC-DC轉換器的基本電路。轉換器的主要電路得到IC化，并通過印刷線路板外接電容器及電感器（也有內置產品）位于IC前段的電容器稱為輸入電容器（Cin）、位于后段的電容器稱為輸出電容器（Cout）。DC-DC轉換器的輸出電容器通過積蓄電荷使輸出電壓平滑化，同時起到將交流的波紋成分釋放至地線層側，并將其除去的作用。

2、降壓型DC-DC轉換器中的輸出電容器特性比較

使用如下評估線路板，對降壓型DC-DC轉換器輸出電容器的輸出電壓進行了比較。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，自己發熱較少

根據前述條件，對靜電容量為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以及引起自己發熱的波紋電壓從大到小的順序為：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＞MLCC。

功能性高分子鋁電解電容器是將導電性聚合物作為電解質實現低ESR的產品，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，能夠將波紋電壓抑制到更小。如下述圖表所示，MLCC的特點在于ESR極小，僅為數mmΩ左右。因此，使用MLCC更換電解電容器將能夠發揮極佳的表現。

4、將DC-DC轉換器中的電解電容器更換為MLCC的優點

將DC-DC轉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，同時還可通過小型低背形狀為電路線路板帶來節省空間、長壽命化以及提高可靠性等多種優點。

1）抑制波紋、高可靠性、長壽命化

ESR較高的電解電容器會因波紋電流導致自己發熱，從而縮短壽命。

MLCC的ESR比電解電容器降低量達到兩位數，在實現長壽命的同時提高了可靠性。

2）小型化

通過更換為小型低背形狀可使電路線路板更加節省空間。

問題：通過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增加容量實現抑制波紋。這是因為隨著容量增加，時間常數也會相應增加的原因。

電容器的充放電過程等過渡現象的響應速度是以時間常數（τ）的指標進行表示的。在由電阻（R）與電容器（C）構成額RC電路中，時間常數τ＝RC（R的單位為歐姆[Ω]，C為靜電容量，單位為法拉[F]）。時間常數越小，電容器充放電所需時間則越短，而時間常數越大則時間越長。

若使用過大容量的電解電容器，時間常數也會變得極大，因此在短時間內反復開關的DC-DC轉換器中，開關OFF的時間內無法完成放電，從而電解電容器中會殘留電荷。結果無法充分降低電壓，電壓波形發生扭曲，從而使輸出不穩定，最終無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，因此不會產生以上問題，將電解電容器更換為MLCC后，可實現良好的波紋抑制效果。

編輯：admin  最后修改時間：2017-07-26