0805钽电容 在DCDC变换器中应用.doc

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、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/22F、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) C20.21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。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