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可靠性元器件降额设计_电容(2)

NUOJIYAE66
德凯宜特
前篇分享了普通MLCC电容(Multilayer Ceramic Capacitors)的降额案例,这篇文章和大家分享下IPC 9592里提及的固态钽电容(Fixed Solid Tantalum)的降额案例。

截取IPC 9592里的降额规范如下,依旧采用10年应力,发现对于固态钽电容有四个降额参数:1)DC电压;2)纹波电流;3)反向峰值电压;4)工作温度;
这里DC电压和工作温度相信通过前面的几篇文章,大家都能知道,只是关于反向峰值电压和纹波电流可能有些疑问。

下面举一个电源设计中常用的Buck电路进行分析如下纹波电流:
PS:百度上有很多Buck电路,也有很多讲解的方法,种种原因个人偏向于Google查资料....下面举的这个例子是在Google上查到的Ti(TEXAS INSTRUMENTS)的一份讲解资料。
由下面的截图和分析中可以得到一个对我们计算De-rating有效的公式,电感L上的纹波电流:
Inductor Ripple Current ΔIL=(Vin-Vout)*D/(fs*L)=(Vin-Vout)*(Vout/Vin/η)/(fs*L);
参数解释参考下面截图中得知:
Vin----输入端电压上限Vin(max);
Vout---输出端正常电压;
η------功率转化效率;下图假设为90%,实际可查询IC的Datasheet得知,后面会有截图举例;
fs-----开关频率;
L------选取的电感L的值;


讲到这里,大家可能会有疑问,这篇不是电容么?怎么谈到电感的纹波电流了,不急,请继续往下看~~




上面给出了Buck电路中后端电感的纹波电流的计算公式和各个参数的含义,
这里再重复写下公式如下:
Inductor Ripple Current ΔIL=(Vin-Vout)*D/(fs*L)=(Vin-Vout)*(Vout/Vin/η)/(fs*L);
如上面Buck电路的第一个截图里的第一句话所说:Figure 1 shows the basic configuration of a buck converter where the switch is integrated in the selected integrated circuit ( IC). 这里选用一颗实际工作中碰到的IC芯片(IR35412)作为案例分享如下截图:由下面第一张截图中可以得到相关数据如下:
Vin=12V, Vout=1.2V, fs=500KHz, L=0.33UH;还缺少参数功率转化效率η;
由下面第二张截图可以得到转化效率>95%,但是具体值还需根据下面第三幅图中的曲线图得出,假设输出电流为10A,则根据如下第三张截图可以得出η约为93%----这里通常电压转化的IC都有相应的Datasheet,里面都能找到实际的η。
将上面数据代入公式得:
Inductor Ripple Current ΔIL=(Vin-Vout)*(Vout/Vin/η)/(fs*L)=(12-1.2)*(1.2/12/0.93)/(500000*0.33*10^(-6))=7.03A;


注意下面:因为这章谈到的是电容的降额,假设下面电路中的两颗电容C1,C2均为20TQC100MYF(供应商料号);则每颗电容在此电路中使用的纹波电流等于电感的纹波电流分流为:7.03/2=3.51A;


下面进行De-rating分析:查询20TQC100MYF的Datasheet得到:
额定温度----105度;
额定电压-----20V;

纹波电流-----1700mA,100KHz/105度,---这里有些厂商会有一个表格表述,纹波电流和开关频率的修正关系,例如100KHz时对应100%I,其他Hz时对应X%I,下面第四张截图供参考,但不是我们举例的这颗电容。


假设工作温度为80度,则此两颗电容在此电路中仅有纹波电流不符合降额要求(见最下面一张总结截图),解决方法:1)多增加几颗此电容进行分流;2)换用其他额定纹波电流高的钽电容;具体解决方法需根据实际案例分析~~











如上案例分析了输出端接入钽电容的情况,关于输如端和其他情况,待以后碰到实际案例再行分析,输入端接入钽电容时,计算纹波电流的方法会有所不同。这篇文章参考了网上的一些资料,关于钽电容纹波电流这块理解可能还有所欠缺,如果有错误和不足,还请指出,欢迎交流,谢谢~~
 

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