POSCAP在同步整流降壓式DC/DC轉(zhuǎn)換器中的應(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(yáng)極是燒結(jié)鉭，僅少部分的陽(yáng)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(gè)人計(jì)算機(jī)、便攜式計(jì)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(dòng)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(shí)還專門提供評(píng)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(shí)，經(jīng)過簡(jiǎn)單計(jì)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(zhǎng)；出現(xiàn)故障時(shí)不會(huì)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(duì)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(guó)國(guó)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(jì)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(jì)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(jì)算出的△IOUT，按POSCAP樣本選擇合適的輸出電容器COUT。要滿足兩個(gè)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(gè)電容器的△IOUT(ALLOW)不能滿足大于△IOUT的要求，可用N個(gè)同型號(hào)的電容器并聯(lián)，使△IOUT(ALLOW)