為什么要將電解電容器更換為MLCC呢？有哪些好處
1、MLCC的大容量化使其可用于更換電解電容器
隨著作為電子設(shè)備主要角色的LSI與IC的高集成化，向其進(jìn)行供應(yīng)的電源向低電壓化趨勢(shì)發(fā)展，同時(shí)，隨著多功能化的發(fā)展，消費(fèi)電力隨之增大，且形成大電流化的趨勢(shì)。為應(yīng)對(duì)低電壓及大電流化，電子設(shè)備的電源開始采用分散電源系統(tǒng)，從中間總線轉(zhuǎn)換器將多個(gè)小型DC-DC轉(zhuǎn)換器（POL轉(zhuǎn)換器）配置在LSI及IC等負(fù)載附近。
POL轉(zhuǎn)換器外接有多個(gè)電容器。尤其是平滑用輸出電容器中需要很大的靜電容量，因此以往一直使用鋁電解電容器及鉭電解電容器。
但，這些電解電容器難以小型化，因此會(huì)阻礙電路向節(jié)省空間的方向發(fā)展。同時(shí)，還存在波紋電流導(dǎo)致自己發(fā)熱較大等問題。
多用于電子設(shè)備中的MLCC雖然擁有優(yōu)異特性，但其靜電容量較小，因此主要用于濾波電路或高頻電路中。但近年來，隨著MLCC的電介質(zhì)薄層化及多層化技術(shù)的發(fā)展，數(shù)10～100μF以上的大容量MLCC實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化，從而使其可用于更換電解電容器。
2、各類電容的使用注意事項(xiàng)
MLCC、鋁電解電容器、鉭電解電容器的主要特點(diǎn)與注意事項(xiàng)如下所示。在更換為MLCC時(shí)，需要了解這些電容器的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，同時(shí)還需要知曉在使用時(shí)的注意點(diǎn)。
大容量MLCC可用于更換電解電容器，但需要注意的是，其存在溫度及DC偏壓會(huì)導(dǎo)致較大靜電容量變化率的缺點(diǎn)。同時(shí)，ESR過低的特點(diǎn)起到了反效果，這可能會(huì)導(dǎo)致在電源電路中發(fā)生異常振動(dòng)。
問題：為什么將MLCC作為DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電容器使用時(shí)會(huì)發(fā)生異常振動(dòng)？
MLCC特點(diǎn)在于低ESR，但與鋁電解電容器相比ESR過低，因此反而引起了DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出電壓不穩(wěn)定，從而產(chǎn)生振動(dòng)。
如圖所示，將DC-DC轉(zhuǎn)換器的輸出電壓與標(biāo)準(zhǔn)電壓相比，其誤差部分通過誤差放大器(ErrorAmplifier)發(fā)達(dá)后進(jìn)行負(fù)反饋，從而得到一定的穩(wěn)定直流電壓。但平滑電路的電感器(L)與電容器(C)會(huì)引起信號(hào)的相位延遲。相位延遲接近180°時(shí)會(huì)變?yōu)檎答仩顟B(tài)，引起不穩(wěn)定，從而產(chǎn)生振動(dòng)。
問題：用于防止異常振動(dòng)的相位補(bǔ)償是什么？
負(fù)反饋是否穩(wěn)定工作可通過稱為波德圖的圖表進(jìn)行判定。該圖表的橫軸表示頻率，縱軸表示增益（Gain）與相位。
因電感器(L)與電容器(C)產(chǎn)生的相位延遲越接近180°，則會(huì)變?yōu)檎答仯瑥亩敵鲎兊貌环(wěn)定，但相位延遲在180°時(shí)通過將增益控制在1及以下(0dB及以下)時(shí)，可收斂信號(hào)，從而防止振動(dòng)發(fā)生。
因此，為減少相位延遲，通過在誤差放大器周圍連接電容器或電阻來去除相位延遲進(jìn)行調(diào)整。這種方法稱為相位補(bǔ)償。在輸出電容器中，以往使用ESR較高的鋁電解電容器的設(shè)計(jì)中不會(huì)產(chǎn)生問題，但ESR較低的MLCC會(huì)發(fā)生補(bǔ)償不足，從而會(huì)引起異常振動(dòng)，因此在更換時(shí)需要注意。
TDK提供可將ESR設(shè)計(jì)為任意數(shù)值的ESR控制電容器？捎行ё鳛橄辔谎a(bǔ)償進(jìn)行使用。詳細(xì)內(nèi)容于后述“更換為MLCC的事例去耦電容器（旁路電容）”內(nèi)的問題中進(jìn)行說明。
3、容量大，但會(huì)因自己發(fā)熱容易導(dǎo)致壽命變短的電解電容器
電容器的ESR會(huì)根據(jù)頻率不同而發(fā)生變化。
將某一頻率中電容器的ESR表示為R，波紋電流表示為I，則RI2的電力出現(xiàn)熱損耗，從而使電容器自己發(fā)熱。
電解電容器擁有大容量的特點(diǎn)，但由于其ESR過高，因此波紋電流導(dǎo)致發(fā)熱過大是其缺點(diǎn)。
電容器可接受的波紋電流上限值稱為允許波紋電流。若使用時(shí)超過允許波紋電流時(shí)會(huì)縮短電容器的壽命。
注：ESR與波紋電流
理想的電容器是只有靜電容量的元件，但現(xiàn)實(shí)中，其還擁有因電極帶來的電阻成分與電感成分。電路圖中無法標(biāo)識(shí)的電阻成分稱為ESR（等效串聯(lián)電阻）、電感成分稱為ESL（等效串聯(lián)電感）。
直流電流雖然是以一定電壓并沿一個(gè)方向流動(dòng)的電流，但電源電路的直流電流中重疊有噪聲電流等各類交流成分。例如，通過對(duì)商用交流電進(jìn)行整流（全波整流）后得到的直流電流中包含有周期為商用交流電2倍的微波（波紋）狀脈動(dòng)電流。同時(shí)，開關(guān)方式的DC-DC轉(zhuǎn)換器中，直流電壓重疊有開關(guān)周期的脈動(dòng)電流。這些均稱為波紋電流。
4、鋁電解電容器的壽命為10年
鋁電解電容器的靜電容量大，價(jià)格低，因此廣泛使用于電子設(shè)備中，但其有使用壽命，因此在使用時(shí)需要特別注意。鋁電解電容器的壽命一般為10年左右。這是由于電解液干涸（蒸發(fā)）導(dǎo)致靜電容量降低而引起的（容量流失）。
電解液的消失量與溫度有關(guān)，其基本符合被稱為"阿倫尼烏斯定律"的化學(xué)反應(yīng)速度理論。該定律表示，若使用溫度上升10℃則壽命會(huì)變?yōu)樵瓉淼?分之1，若下降10℃則壽命會(huì)變?yōu)樵瓉淼?倍，因此10℃2倍定律。因此，在波紋電流導(dǎo)致自己發(fā)熱較大的條件下進(jìn)行使用時(shí)，壽命將會(huì)進(jìn)一步縮短。
同時(shí)，電解液的干涸也會(huì)使ESR上升。直流電壓與波紋電壓重疊時(shí)，需要注意波紋電壓的峰值不要超過額定電壓（耐壓）。電源電路等使用額定電壓為輸入電壓3倍左右的電容器。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2017-07-26
