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开关电源电路设计基础篇:输入、输出电容的选择及计算

放大字体  缩小字体 发布日期:2023-02-10   来源:风电叶片   作者:风电塔筒   浏览次数:118
核心提示:目前市面上的电容种类繁多,在为我们的电源电路选择输入输出电容的时候难免会挑花了眼。本文就来浅析一下如何选择输入输出电容及其相关的计算。如有问题,欢迎指正。1. 电源电路常见电容分类以下罗列了几种电源电路中常见的电容种类及其特点,以供参考。2. 输入电容的选择和计算输入和输出电容是电源电路中非常重要的两个部分。以BUCK 电路为例 ,由于上管以一定频率的开断,故可以认为BUCK电路的输入电流是不连续的,因此需要输入电容向降压变换器提供交流电流,同时保持直流电压。a. 电流参数计算Buck电路中输入电容纹波电

   

目前市面上的电容种类繁多,在为我们的电源电路选择输入输出电容的时候难免会挑花了眼。
本文就来浅析一下如何选择输入输出电容及其相关的计算。
如有问题,欢迎指正。
1. 电源电路常见电容分类以下罗列了几种电源电路中常见的电容种类及其特点,以供参考。
2. 输入电容的选择和计算输入和输出电容是电源电路中非常重要的两个部分。
以BUCK 电路为例 ,由于上管以一定频率的开断,故可以认为BUCK电路的输入电流是不连续的,因此需要输入电容向降压变换器提供交流电流,同时保持直流电压。
a. 电流参数计算Buck电路中输入电容纹波电流的有效值计算公式推导过程如下:根据上图可得:由Vo=D*Vin和能量守恒得:将(1-1)和(1-3)带入(1-2)得:由有效值定义得:由上述公式可知当V_o=0.5V_in 即占空比D=0.5时,输入电容纹波电流最大:所以,为了简化,选择RMS额定电流大于最大负载电流一半的输入电容器即可。
b.电压参数计算同时,输入电容容值也会影响转换器的输入电压纹波。
由于一个周期内,电容的充电电荷量和放电电荷量必然是一样的。
为了简便计算,对充电过程(上管断开时,对输入电容进行充电)进行分析,因为此时充电电流为输入电流,为Iin。
根据电荷量计算公式可得:将(1-3)和(1-5)带入(1-4)可得到电压纹波电压计算公式:带入之前讨论的最恶劣情况Vo=0.5Vin后,得到:由于使用的电容都不可能为理想电容,必定会带来一些寄生参数。
如果将ESR带入考虑的话,分析如下当上管断开时,ESR上面产生的压降时恒定的,为:当上管导通时,ESR上产生的最大压降为:则一个周期的ESR电压纹波电压为:已知将(1-7)和(1-8)带入(1-6)得到由ESR带来的输入电压纹波为:对于输入电容的种类,一般建议选择X5R、X7R陶瓷介质的MLCC。
因为这一类电容成本较低,且它们的温度系数较低(-/+15%左右),即单位温度的变化对电容容值的变化影响小。
再根据上述计算公式,按照对输入电压的纹波要求(一般不超过最大输入电压的10%),得到所需电容容值及其RMS额定电流。
另外,在选择时还需要注意电容的耐压值必须要高于最大输入电压。

 
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