近年来,随着MLCC的电介质薄层化及多层化技术的发展,数10~100μF以上的大容量MLCC实现了产品化,在经济上和技术上存在替代电解电容器的可能。(1)从经济上看,MLCC虽然比同等容量的铝电解电容器价格略高,但寿命显著长于铝电解电容器,而钽电解电容器使用了稀有金属钽成本较高,选择MLCC更为经济;(2)从技术上看,选择电容时主要考虑以下几个参数:电容值(C)、纹波(RIPPLE)、等效串联电阻(ESR)、等效串联电感(ESL)等。据实验测试,MLCC与电解电容器相比,具有低ESR、低ESL的特点。与电解电容器相比,多层陶瓷电容器发挥了卓越的低压大电流化的响应性及降噪性能优异的效果。此外,多层陶瓷电容器有高可靠性、节能等优点。
铝电解电容的问题主要在于:一方面,形状过大,难以应用于小型快销型消费电子产品;另一方面,铝电解电容的ESR高于钽电解电容和MLCC。ESR较高会因波纹电流引起自发热,高温环境下寿命较短。对于钽电解电容,尤其是手机市场,小型化MLCC高容替代钽电的趋势几乎是无法逆转的。首先是可靠性问题,钽电解电容器耐压范围为2-63V,超过耐压范围会造成过压失效,故存在发生短路故障时导致冒烟和起火的可能性,但MLCC可轻松承受上万伏电压。其次,钽电容的原材料钽,属于稀有金属,其产地在全世界很少,一旦出现国家风险,就会陷入价格暴涨的局面。受此影响,MLCC发展越发规模化,不断取得更高市场份额。
为什么将MLCC作为DC-DC转换器的输出电容器使用时会发生异常振动?
MLCC特点在于低ESR,但与铝电解电容器相比ESR过低,因此反而引起了DC-DC转换器输出电压不稳定,从而产生振动。将DC-DC转换器的输出电压与标准电压相比,其误差部分通过误差放大器(ErrorAmplifier)发达后进行负反馈,从而得到一定的稳定直流电压。但平滑电路的电感器(L)与电容器(C)会引起信号的相位延迟。相位延迟接近180°时会变为正反馈状态,引起不稳定,从而产生振动。
用于防止异常振动的相位补偿是什么?
负反馈是否稳定工作可通过称为波德图的图表进行判定。该图表的横轴表示频率,纵轴表示增益(Gain)与相位。因电感器(L)与电容器(C)产生的相位延迟越接近180°,则会变为正反馈,从而输出变得不稳定,但相位延迟在180°时通过将增益控制在1及以下(0dB及以下)时,可收敛信号,从而防止振动发生。因此,为减少相位延迟,通过在误差放大器周围连接电容器或电阻来去除相位延迟进行调整。这种方法称为相位补偿。在输出电容器中,以往使用ESR较高的铝电解电容器的设计中不会产生问题,但ESR较低的MLCC会发生补偿不足,从而会引起异常振动,因此在更换时需要注意。
欢迎大家留言讨论