将电解电容器换为MLCC

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1、MLCC的大容量化使其可用于更换电解电容器
随着作为电子设备主要角色的LSI与IC的高集成化，向其进行供应的电源向低电压化趋势发展，同时，随着多功能化的发展，消费电力随之增大，且形成大电流化的趋势。为应对低电压及大电流化，电子设备的电源开始采用分散电源系统，从中间总线转换器将多个小型DC-DC转换器（POL转换器）配置在LSI及IC等负载附近。
POL转换器外接有多个电容器。尤其是平滑用输出电容器中需要很大的静电容量，因此以往一直使用铝电解电容器及钽电解电容器。
但，这些电解电容器难以小型化，因此会阻碍电路向节省空间的方向发展。同时，还存在波纹电流导致自己发热较大等问题。
多用于电子设备中的MLCC虽然拥有优异特性，但其静电容量较小，因此主要用于滤波电路或高频电路中。但近年来，随着MLCC的电介质薄層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，从而使其可用于更换电解电容器。
2、各类电容的使用注意事项
MLCC、铝电解电容器、钽电解电容器的主要特点与注意事项如下所示。在更换为MLCC时，需要了解这些电容器的优点与缺点，同时还需要知晓在使用时的注意点。
大容量MLCC可用于更换电解电容器，但需要注意的是，其存在温度及DC偏压会导致较大静电容量变化率的缺点。同时，ESR过低的特点起到了反效果，这可能会导致在电源电路中发生异常振动。
问题：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。
如图所示，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。
问题：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。
TDK提供可将ESR设计为任意数值的ESR控制电容器。可有效作为相位补偿进行使用。详细内容于后述“更换为MLCC的事例去耦电容器（旁路电容）”内的问题中进行说明。
3、容量大，但会因自己发热容易导致寿命变短的电解电容器
电容器的ESR会根据频率不同而发生变化。
将某一频率中电容器的ESR表示为R，波纹电流表示为I，则RI2的电力出现热损耗，从而使电容器自己发热。
电解电容器拥有大容量的特点，但由于其ESR过高，因此波纹电流导致发热过大是其缺点。
电容器可接受的波纹电流上限值称为允许波纹电流。若使用时超过允许波纹电流时会缩短电容器的寿命。
注：ESR与波纹电流
理想的电容器是只有静电容量的元件，但现实中，其还拥有因电极带来的电阻成分与电感成分。电路图中无法标识的电阻成分称为ESR（等效串联电阻）、电感成分称为ESL（等效串联电感）。
直流电流虽然是以一定电压并沿一个方向流动的电流，但电源电路的直流电流中重叠有噪声电流等各类交流成分。例如，通过对商用交流电进行整流（全波整流）后得到的直流电流中包含有周期为商用交流电2倍的微波（波纹）状脉动电流。同时，开关方式的DC-DC转换器中，直流电压重叠有开关周期的脉动电流。这些均称为波纹电流。
4、铝电解电容器的寿命为10年
铝电解电容器的静电容量大，价格低，因此广泛使用于电子设备中，但其有使用寿命，因此在使用时需要特别注意。铝电解电容器的寿命一般为10年左右。这是由于电解液干涸（蒸发）导致静电容量降低而引起的（容量流失）。
电解液的消失量与温度有关，其基本符合被称为"阿伦尼乌斯定律"的化学反应速度理论。该定律表示，若使用温度上升10℃则寿命会变为原来的2分之1，若下降10℃则寿命会变为原来的2倍，因此10℃2倍定律。因此，在波纹电流导致自己发热较大的条件下进行使用时，寿命将会进一步缩短。
同时，电解液的干涸也会使ESR上升。直流电压与波纹电压重叠时，需要注意波纹电压的峰值不要超过额定电压（耐压）。电源电路等使用额定电压为输入电压3倍左右的电容器。换为MLCC
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