DC-DC｜設計編

輸出電容的選擇

2016.10.11

重點

・在輸出電容之選擇上，額定電壓、漣波額定電流、ESR成了重要的要素。

・除了平滑化、穩定化之外，亦與輸出漣波電壓有密切的關係。

繼電感選擇之後，接著進入電容的選擇相關話題。降壓型DC-DC轉換器所必須的電容有輸出電容和輸入電容。首先說明輸出電容。與電感的選擇相同，電容的選擇亦很重要。選擇方法或建議種類等基本上顯示於數據表或相關支援資料，請試著配合並進行確認。

輸入電容和輸出電容的職責

首先復習降壓DC-DC電容的電流流向，以便理解輸入電容和輸出電容的職責。藉由理解流向各電容的不同電流性質，可以清楚明白應選擇哪種電容。

在「降壓轉換器的基本工作」中亦使用相同圖表，框框中上方ICO為輸出電容、下方ICIN為輸入電容的電流波形。輸入電容可從VIN充電，當電晶體Q1為ON時會放出開關電流IDD。比較大的電流會急據反覆流動。輸出電容以輸出力電壓為中心反覆與輸出漣波電壓連動進行充放電工作。

輸出電容的選擇

由此進入輸出電容的話題。輸出電容的選擇要素為以下3點。

1）額定電壓

2）漣波額定電流

3）ESR（等效串聯電阻，Equivalent Series Resistance）

當然，電容可施加之電壓及漣波電流必須在電容的最大額定以下。此外，ESR由於與電感電流有關連且為決定輸出漣波的重要要素，因此必須充分檢討。

輸出電容的漣波電流如上圖ICO所示為三角波，而其實效値則可以下式表示。

輸出漣波電壓係藉由上圖電感電流IL之漣波部分分ΔIL和輸出電容之静電容量、ESR、ESL所產生的電壓合成波形，以下列公式表示。

若以波形表示，則為以下圖像。

藉由開關所發生之電感電流漣波ΔIL將產生與ESR成單純正比之漣波電壓，有些ESL則會產生方形波電壓，與静電容量部分合成，最下方波形成為最終之輸出漣波電壓波形。
以下是表示輸出漣波電壓的公式。電容的漣波電壓和ESR的漣波由於相位偏離，故無法進行單純的加算，不過卻是漣波電壓的Worst值概算常用的公式。

由此公式可知，輸出漣波電壓若要變小的話，須降低ESR，增加輸出電容的容量，提高開關頻率，使IL在必要最低限度。
近年，輸出電容中使用積層陶瓷電容（laminated ceramic capacitor）的例子似乎正逐漸增加。陶瓷電容由於ESR和ESL非常小，可観察之漣波電壓幾乎皆起因於電容之靜電容量。

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