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开关电源输出纹波电压的理论计算值详解_电容_电流

admin 2024-10-18 23:28:09 0

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对滤波效果而言,电容的ESL和ESR参数都很主要,电感会阻挡电流的突变,电阻则限定了电流的变革率,这些影响对电容的充放电显然都不利。
优质的电容在设计及制造时都采纳了必要的手段来降落ESL和ESR,故而横向比较起来,同样的容量滤波效果却不同。

纹波电压紧张由几个部分引起

开关电源输出纹波电压的理论计算值详解_电容_电流 通讯

1、电容的ESR引起的

2、电容的ESL引起的

3、电容的充放电引起的

4、噪声引起的

以Buck开关电源为例来打算一下:

电容的ESR引起的纹波打算公式

电容的ESL引起的纹波打算公式

电容的充放电引起的纹波打算公式

对付此条打算可能有部分人不太理解,下面我们一起来剖析一下:

当△ic流过空想电容C时,在C两端产生的电压变革如下

由上面图(f)中最下一个电流波形可知 Buck 电路在达到平衡事情状态时, 在 Io 的上方为电容充电电流, 而 Io 下方为电容放电电流, 由图形中即可知纹波积分的上限该当选择.toff/2、下限取ton/2.

打算积分得到

由于

泄电流小,ESR小,一样平常都因此为要选择低ESR的系列,不过也与负载有关,负载越大,ESR不变时,纹波电流变大,纹波电压也变大。
我们从公式上来看看,dVC=didt;dv便是纹波,di是电感上电流的值,dt是持续的韶光。
一样平常的开关电源书本都会讲到怎么算纹波,大题分解为:滤波电容对电压的积分+滤波电容的ESR+滤波电容的ESL+noise,如下图:

一样平常对纹波的打算常日是估算 有关开关电源纹波的打算,原则上比较繁芜,要将输入的矩形波进行傅立叶展开成各次谐波的级数,打算每个谐波的衰减,再求和。
末了的结果不仅与滤波电感、滤波电容有关,而且与负载电阻有关。
当然,打算时是将滤波电感和滤波电容算作空想元件,若考虑电感的直流电阻以及电容的ESR,那就更繁芜了。
以是,常日都是估算,再留出一定余量,以知足设计哀求。
对样机须要实际测试,若不能知足设计哀求,则须要变动滤波元件参数。

以Buck电路为例,电感中电流连续和断续,开关电源的通报函数完备不同。
电流连续时环路稳定,电流断续时未必稳定。
而电感中电流是否连续,除与电感量等有关外,还与负载有关。
更严重的是,电流是否连续还与占空比有关,而占空比是由反馈电路掌握的。
不仅Buck,其它如Boost以及由基本拓扑衍生出来的正激、反激等也是一样。

若哀求所有可能产生的事情状态下都稳定,常日要加假负载以担保Buck电路电感电流总是连续(对Buck/Boost或反激则担保不会在连续断续之间转变),或者把反馈环路韶光常数设计得非常大(这会在很大程度上降落开关电源的相应速率)。
对输出电压可调度的开关电源(例如实验室用的0~30V输出电源),环路稳定的难度更大。
对这类电源,每每要在开关电源之后再加一级线性调度。

电解电容的选择很主要

在输出端采取高频性能好、ESR低的电容,高频下ESR阻抗低,许可纹波电流大。
可以在高频下利用,如采取普通的铝电解电容作输出电容,无法在高频(100kHz以上的频率)下事情,纵然电容量也无效,由于超过10kHz时,它已成电感特性了。

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