1、0805 钽电容 在 DC/DC 变换器中应用中心论题(成员：中澳发展 万先生 )新型 POSCAP 电容器应用于 DC/DC 变换器输出端滤波，在滤除纹波方面效果优越通过实验确定滤波电容在 DC/DC 变换器中的应用时影响输出纹波电压的主要参数实验证明滤波电容器类型和电容器等效串联电阻 ESR 值是输出纹波电压的决定因素poscap 具有很多优点，作为 DC/DC 变换器输出滤波电容是理想的选择解决方案：使用合适的滤波电容器可以保证 DC/DC 变换器具有低电压、大电流输出在 DC/DC 变换器中，可以优先选用 PA-Cap 作为输出电容电子产品的工作电压正在不断降低，这就要求 DC/DC
2、变换器具有低电压、大电流输出。目前在 DC/DC 变换器中，通常使用钽电解电容器作为滤波电容。采用新型的 PA-Cap 聚合物片式叠层铝电解电容器应用于 DC/DC 变换器输出端滤波，在滤除纹波方面，很有效地获得优于钽电解电容器的电气指标。PA-Cap 聚合物片式叠层铝电解电容器，采用高纯度铝箔作为阳极，在铝箔表面生成的三氧化二铝（Al2O3）作为电介质，固态的高导电聚合物作为阴极。PA-Cap 具有极低等效串联电阻、稳定的温度频率特性、允许通过大纹波电流、不燃烧不爆炸安全可靠、尺寸小的特点。纹波电压是输出电压随开关频率的变化量，是电流中交流成分产生的。如果将电容器的特性参数等效为电容量 C、
3、等效串联电阻 ESR 和等效串联电感 ESL 的串联，如图 1，图 1 电容器特性参数等效图则滤波电路中输出纹波电压可表示为：Vr=VC+VESR+VESL其中 VC 是由容抗 XC 产生的纹波电压，VESR 是由等效串联电阻 ESR 产生的纹波电压，VESL 由等效串联电感 ESL 产生的纹波电压， I 为输出纹波电流。本文通过实验，确定 PA-Cap 在 DC/DC 变换器中的应用时，影响 DC/DC 变换器输出纹波电压的主要参数是电容器的等效串联电阻 ESR。在 DC/DC 变换器中，可以优先选用 PA-Cap 作为输出电容。实验根据 DC/DC 变换器生产商提供的评估板资料和典型应用电
4、路，PA-Cap 作为滤波电容在DC/DC 变换器 CS5211DEMO/D 评估板线路中的应用，实验的线路原理图如图 2。图 2 CS5211DEMO/D 实验电路原理图CS5211 变换器工作频率 fsw 为 496KHz；输入电压5V，输入电流1.8A；输出电压2.5V，负载电流2.4A。实验仪器：Agilent 4284A LCR 测试仪，TDS1002 示波器。实验环境：26、50%RH。电路中电压输入端 C6.7.8 接入 PA-Cap 6.3V/22F。在输出端 C20.21 位置分别接上钽电解电容器：10V/470F、16V/220F 和 PA-Cap 聚合物电容器：10V/2
5、2F、4V/82F 作为滤波电容器，用示波器测量电路的输出纹波电压 Vr。结果与讨论1）在 C20.21 位置接不同电容器时，电容器参数与输出纹波电压如表 1。表 1 电容器参数及 CS5211DEMO/D 输出纹波电压电容类型电容规格容量(F)(100Hz)损耗(%)（100Hz）ESR(m)(100kHz)输出纹波电压Vr (mV)钽电容10V/470F474.33.811736.416V/220F226.13.15413.4PA-Cap10V/22F232.12414.54V/82F84.42.0286.692）在 C20.21 接不同电容器时，输出纹波电压波形如图 3 所示。(A) C
6、20.21 为钽电容 10V/470F 的输出波形 (B) C20.21 为钽电容16V/220F 的输出波形(C) C20.21 为 PA-Cap 10V/22F 的输出波形 (D) C20.21 为 PA-Cap 4V/82F 的输出波形图 3 C20.21 接不同电容器输出纹波电压波形根据输出纹波电压：Vr=VC+VESR+VESL ，由于钽电解电容器的块状结构和 PA-Cap 的片式结构，其等效串联电感 ESL 均很小，式中的 VESL0 可以忽略，即： VrVESR+VC=(ESR+1/C)*I，所以影响 DC/DC 变换器输出纹波电压 Vr 主要由电容器的C 和 ESR 的因素决定
7、。由于钽电容的阴极材料为 MnO2 二氧化锰，其电导率较低（0.1S/cm） ，而 PA-Cap 电容器采用导电高分子聚合物作为阴极材料，其电导率达到 100S/cm,比钽电容高 1000 倍，PA-Cap 具有快速的电流转换能力和瞬时响应能力,因此小容量就可以达到钽电容大容量的滤波效果。从图 3 中的（B）和(C)可以看出，两种电容的容量相差 10 倍而输出纹波电压几乎相同都在 14 mV 左右。依据 Vr(ESR+1/C)*I，在电容量和输出纹波电流一定的情况下,电容器的等效串联电阻ESR 值越小输出纹波电压 Vr 也越小。从表 1 中可以看出，作为滤波电容 10V/22F 的 PA-Cap 电容由于 ESR 只有 24 m 比 10V/470F（ESR117 m）钽电容输出纹波电压的效果还要好很多，以上实际的测试波形和数据充分证明了 ESR 等效串联电阻直接影响输出纹波电压的效果。结论DC/DC 变换器的输出端滤波使用的电容器类型和电容器等效串联电阻 ESR 值是输出纹波电压的决定因素。PA-Cap 聚合物电容器具有快速的电流转换能力和瞬时响应能力、极低等效串联电阻 ESR 值、允许通过大纹波电流的特点，DC/DC 变换器中使用 PA-Cap 聚合物电容器作为输出滤波电容是一个理想的选择。PCB 打样找华强 http:/ 样板 2 天出货
