POSCAP在同步整流降压式DC/DC转换器的应用

1 引 言

日本三洋(SANYO)公司的POSCAP是“聚合物有机半导体固态电解电容器”的英文缩写。大部分POSCAP的阳极是烧结钽，仅少部分的阳极为铝箔，所以常用的是POSCAP钽电容器。POSCAP钽电容器特别适用于电源电路中的滤波电容器，如个人计算机、便携式计算机及基站、录像机、数码相机、导航系统(GPS)、PDA、移动电话、DVD等中的DC/DC转换器。不少DC/DC转换器生产商为了帮助用户开发新产品，在数据资料中给出参数齐全的典型应用电路，用户可按电路图组成完整的电源。同时还专门提供评估板，加速开发的周期。但如果使用条件(如开关频率、输入电压、输出电压或输出电流)有所改变，与典型应用电路有差别，则电路中的有关元器件的参数也要做相应的改变。本文通过实例介绍在使用条件改变时，经过简单计算，确定使用条件改变后的电感器值和输出电容器的值，选择合适的POSCAP电容器。

2 POSCAP钽电容器的特点与应用实例

POSCAP钽电容器的特点是尺寸小而电容量大;ESR(等效串联电阻)低;允许纹波电流大;有极好的吸收噪声的特性和频率特性;有较好的温度特性;寿命长;出现故障时不会爆炸、燃烧，比一般的钽电解电容器安全，故最适用于高效率、低电压、大电流降压式DC/DC转换器中作输出电容器。近年来，电子产品的工作电压从5 V降到3 V，甚至降到1.0 V以下，相反的是输出电流在增加，为此开发出很多高效率、低电压、大电流降压式DC/DC转换器。POSCAP钽电容器在10～100 kHz范围内比一般钽电容器电容量变化小很多，所以对于工作频率在1～3 MHz的DC/DC转换器，选用POSCAP钽电容器极为有利，可减少损耗和纹波电压。

由美国国家半导体公司LM2745组成的高速同步整流降压式DC/DC转换器电路如图1所示。当使用条件改变后，原典型应用电路中的电感器值和输出电容器的值可能发生改变，所以需要选择合适的POSCAP电容器。

该电路输入电压VIN=3.3 V，VCC=3.3 V，输出电压VOUT=1.2 V，最大输出电流IOUT(max)=1.6 A，开关频率fsw=1 000 kHz。图中C01.2是C01与C02并联，C02是0.1μF， 16 V的多层陶瓷电容器。计算其电感器L1及C01的具体步骤如下：

(1) 初步估算电路上的纹 △I′OUT

△I′OUT可取IOUT(max)的20%～40%，但因开关频率较高，输出电流IOUT(max)较大，采用20%的系数，则有：

△I′OUT=20%IOUT(max)=3.2 A

(2) 电感器L1的计算

 

 

L1值按相近的标准值选取，即LACT=0.22Μh

(3) 纹波电流△IOUT的复算

根据LACT的值来复算△IOUT，具体公式如下：

 

 

(4) 选合适的POSCAP钽电容器

根据已知的VOUT及计算出的△IOUT，按POSCAP样本选择合适的输出电容器COUT。要满足两个条件：VOUT=(0.8～0.9)VRATED(电容器的额定电压);△IOUT(ALLOW)(电容器的最大允许纹波电流)>>△IOUT。若所选的单个电容器的△IOUT(ALLOW)不能满足大于△IOUT的要求，可用N个同型号的电容器并联，使△IOUT(ALLOW)×N>△IOUT。

所以按POSCAP样本选额定电压6.3 V的6TPD470M，其电容量为470 μF，ESR为10 mΩ(max)，△IOUT(ALLOW)为4400mA，满足选择电容量的两个条件。

(5) 最大的输出纹波电压的计算

选定电容器后，可知道其最大ESR值，则最大的输出纹波电压为：

△VOUT=△IOUT×ESR/N=3.4 A×10 mΩ=34 mV

如果计算出来△VOUT不能满足要求，再选择ESR更低的或增加N值来解决。采用电容量大、ESR小的电容器的目的是减小输出纹波电压及改善负载瞬态响应。若采用其他电解电容器往往需要更大的电容量或更多的并联数，POSCAP钽电容器充分发挥了他的特长。

以上计算结果与数据资料的参数十分相近，有一定实用价值。但考虑到电容器的允差及温度对ESR和电容量的影响，所以需要实验来验证或修改。

3 结 语

近年来,不少DC/DC控制器生产厂家在其典型应用电路及评估板上都采用了POSCAP钽电容器。借鉴以上POSCAP钽电容器的应用实例，工程技术人员利用以上公式计算出使用条件变化时，其他类型DC/DC转换器应用电路元器件参数值，选择合适的POSCAP钽电容器。但必须注意POSCAP钽电容器不可反极性使用，不能超过额定电压使用，要限制急速地充电或放电.要确认在工作温度范围内等事项。