POSCAP在同步整流降壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

1 引 言

日本三洋(SANYO)公司的POSCAP是“聚合物有機(jī)半導(dǎo)體固態(tài)電解電容器”的英文縮寫。大部分POSCAP的陽極是燒結(jié)鉭，僅少部分的陽極為鋁箔，所以常用的是POSCAP鉭電容器。POSCAP鉭電容器特別適用于電源電路中的濾波電容器，如個人計算機(jī)、便攜式計算機(jī)及基站、錄像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)(GPS)、PDA、移動電話、DVD等中的DC/DC轉(zhuǎn)換器。不少DC/DC轉(zhuǎn)換器生產(chǎn)商為了幫助用戶開發(fā)新產(chǎn)品，在數(shù)據(jù)資料中給出參數(shù)齊全的典型應(yīng)用電路，用戶可按電路圖組成完整的電源。同時還專門提供評估板，加速開發(fā)的周期。但如果使用條件(如開關(guān)頻率、輸入電壓、輸出電壓或輸出電流)有所改變，與典型應(yīng)用電路有差別，則電路中的有關(guān)元器件的參數(shù)也要做相應(yīng)的改變。本文通過實(shí)例介紹在使用條件改變時，經(jīng)過簡單計算，確定使用條件改變后的電感器值和輸出電容器的值，選擇合適的POSCAP電容器。

2 POSCAP鉭電容器的特點(diǎn)與應(yīng)用實(shí)例

POSCAP鉭電容器的特點(diǎn)是尺寸小而電容量大;ESR(等效串聯(lián)電阻)低;允許紋波電流大;有極好的吸收噪聲的特性和頻率特性;有較好的溫度特性;壽命長;出現(xiàn)故障時不會爆炸、燃燒，比一般的鉭電解電容器安全，故最適用于高效率、低電壓、大電流降壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器中作輸出電容器。近年來，電子產(chǎn)品的工作電壓從5 V降到3 V，甚至降到1.0 V以下，相反的是輸出電流在增加，為此開發(fā)出很多高效率、低電壓、大電流降壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器。POSCAP鉭電容器在10～100 kHz范圍內(nèi)比一般鉭電容器電容量變化小很多，所以對于工作頻率在1～3 MHz的DC/DC轉(zhuǎn)換器，選用POSCAP鉭電容器極為有利，可減少損耗和紋波電壓。

由美國國家半導(dǎo)體公司LM2745組成的高速同步整流降壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器電路如圖1所示。當(dāng)使用條件改變后，原典型應(yīng)用電路中的電感器值和輸出電容器的值可能發(fā)生改變，所以需要選擇合適的POSCAP電容器。

該電路輸入電壓VIN=3.3 V，VCC=3.3 V，輸出電壓VOUT=1.2 V，最大輸出電流IOUT(max)=1.6 A，開關(guān)頻率fsw=1 000 kHz。圖中C01.2是C01與C02并聯(lián)，C02是0.1μF， 16 V的多層陶瓷電容器。計算其電感器L1及C01的具體步驟如下：

(1) 初步估算電路上的紋 △I′OUT

△I′OUT可取IOUT(max)的20%～40%，但因開關(guān)頻率較高，輸出電流IOUT(max)較大，采用20%的系數(shù)，則有：

△I′OUT=20%IOUT(max)=3.2 A

(2) 電感器L1的計算

L1值按相近的標(biāo)準(zhǔn)值選取，即LACT=0.22Μh

(3) 紋波電流△IOUT的復(fù)算

根據(jù)LACT的值來復(fù)算△IOUT，具體公式如下：

(4) 選合適的POSCAP鉭電容器

根據(jù)已知的VOUT及計算出的△IOUT，按POSCAP樣本選擇合適的輸出電容器COUT。要滿足兩個條件：VOUT=(0.8～0.9)VRATED(電容器的額定電壓);△IOUT(ALLOW)(電容器的最大允許紋波電流)>>△IOUT。若所選的單個電容器的△IOUT(ALLOW)不能滿足大于△IOUT的要求，可用N個同型號的電容器并聯(lián)，使△IOUT(ALLOW)×N>△IOUT。

所以按POSCAP樣本選額定電壓6.3 V的6TPD470M，其電容量為470 μF，ESR為10 mΩ(max)，△IOUT(ALLOW)為4400mA，滿足選擇電容量的兩個條件。

(5) 最大的輸出紋波電壓的計算

選定電容器后，可知道其最大ESR值，則最大的輸出紋波電壓為：

△VOUT=△IOUT×ESR/N=3.4 A×10 mΩ=34 mV

如果計算出來△VOUT不能滿足要求，再選擇ESR更低的或增加N值來解決。采用電容量大、ESR小的電容器的目的是減小輸出紋波電壓及改善負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)。若采用其他電解電容器往往需要更大的電容量或更多的并聯(lián)數(shù)，POSCAP鉭電容器充分發(fā)揮了他的特長。

以上計算結(jié)果與數(shù)據(jù)資料的參數(shù)十分相近，有一定實(shí)用價值。但考慮到電容器的允差及溫度對ESR和電容量的影響，所以需要實(shí)驗來驗證或修改。

3 結(jié) 語

近年來,不少DC/DC控制器生產(chǎn)廠家在其典型應(yīng)用電路及評估板上都采用了POSCAP鉭電容器。借鑒以上POSCAP鉭電容器的應(yīng)用實(shí)例，工程技術(shù)人員利用以上公式計算出使用條件變化時，其他類型DC/DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用電路元器件參數(shù)值，選擇合適的POSCAP鉭電容器。但必須注意POSCAP鉭電容器不可反極性使用，不能超過額定電壓使用，要限制急速地充電或放電.要確認(rèn)在工作溫度范圍內(nèi)等事項。