輸出紋波評估要注意輸出電容器的ESL
發布時間:2021-03-01 責任編輯:wenwei
【導讀】開關電源電路中,不言而喻輸出電容器也和前麵提到的輸入電容器一樣,也是必須有的部件。和輸入電容器的思路相同,也需要考慮靜電電容以及ESR和ESLzheyangdejishengchengfendeyingxiang。danshi,heshuruxiangbi,youyuyoushijiadianliuboxinghefuzaidengbutongdian,yincisuofashengdedianyabiandonghexianxiangyebutong。buguanzenyang,ruhejiangshuchusuochanshengdedianyabiandongyizhizaizuixiaoshiyaojiejuedeketi。jutieryan,xuyaozheyanyushuchuwenbodianyayufuzaishuntaixiangying。
-接下來請介紹一下作為輸出電容器使用時的特性和性質的影響。
kaiguandianyuandianluzhong,buyaneryushuchudianrongqiyeheqianmiantidaodeshurudianrongqiyiyang,yeshibixuyoudebujian。heshurudianrongqidesiluxiangtong,yexuyaokaolvjingdiandianrongyijiESR和ESLzheyangdejishengchengfendeyingxiang。danshi,heshuruxiangbi,youyuyoushijiadianliuboxinghefuzaidengbutongdian,yincisuofashengdedianyabiandonghexianxiangyebutong。buguanzenyang,ruhejiangshuchusuochanshengdedianyabiandongyizhizaizuixiaoshiyaojiejuedeketi。jutieryan,xuyaozheyanyushuchuwenbodianyayufuzaishuntaixiangying。
-那na麼me,是shi否fou能neng首shou先xian進jin行xing輸shu出chu紋wen波bo電dian壓ya相xiang關guan的de說shuo明ming?因yin為wei流liu過guo的de電dian流liu與yu輸shu入ru不bu同tong,如ru果guo能neng像xiang介jie紹shao輸shu入ru電dian容rong器qi時shi那na樣yang,從cong輸shu出chu電dian容rong器qi流liu過guo的de電dian流liu開kai始shi說shuo明ming的de話hua,更geng容rong易yi理li解jie。
以降壓轉換器為例。首先請看電源電路與紋波的波形成分示意圖。通過輸出段晶體管開關產生三角波的電感電流,標為DC的電感平均電流通往輸出,其三角波部分作為AC流過輸出電容器。其下麵的波形圖表示三角波的電容器電流受電容器的寄生成分ESL和ESR、以及電容成分影響產生了怎樣的電壓。


三角波的電容器電流受ESL影響產生矩形波電壓。有些ESR產生符合歐姆定律的三角波電壓,有些電容容量具有時間常數。最終形成這3種成分的合成波。簡而言之,急劇上升是ESL產生的,帶有斜率的變動是ESR產生的,並分別根據電容容量而產生二次曲線變化。
下xia麵mian的de波bo形xing圖tu是shi實shi際ji的de紋wen波bo電dian壓ya波bo形xing。從cong波bo形xing的de形xing態tai可ke以yi看kan出chu哪na個ge部bu分fen受shou什shen麼me影ying響xiang較jiao大da。這zhe是shi為wei了le改gai善shan此ci類lei紋wen波bo所suo需xu要yao了le解jie的de技ji術shu知zhi識shi,所suo以yi要yao記ji住zhu。

上方的波形是電感電流,下方的波形是輸出產生的紋波電壓。急劇上升的部分是由ESL產生的Vesl。之後的增量部分是由ESR所產生的Vesr。其合計是紋波電壓的峰值Vp-p。此時的輸出電容器是導電性高分子型,容值是330µF。ESR是22mΩ,ESL是2nH,二者都是開關頻率為500kHz時的值。另外,表格中是實際的電壓變動值。如紅色值所示,Vesl是Vesr的近2倍,占了整個紋波電壓Vp-p的2/3。由於這些數值會隨頻率等條件而改變,所以請理解為僅僅是一個例子。
-ESL的影響更大嗎?經常聽說由於輸出電壓的紋波取決於ESR,所以要使用ESR較低的輸出電容器。
這是正確的理解。在該例中,ESR也產生了Vesr。但是,在一些條件下,Vesl所占紋波電壓的比例會變大。
-以上了解了ESR與ESL的影響,電容容量是如何影響的呢?
這是表示電容容量與紋波電壓關係的數據。電容器是導電性高分子型,容值是330µF、220µF、150µF。從波形圖和表格可以看出,幾乎沒有出現Vesl的變化。這表明Vesl幾乎不取決於容量。

-也就是說,基本上要使用ESR和ESL較小的電容器吧。
的確如此。前麵已經介紹過疊層陶瓷電容器的特征,低ESR、低ESL的MLCC-diecengtaocidianrongqiduijiangdiwenbodianyafeichangyouxiao。zheshijinnianlaidiecengtaocidianrongqizuoweizhuyaodeshurushuchudianrongqishiyongbuduanzengchangdeyuanyin。xiamiandeboxingtushidaodianxinggaofenzidianrongqiyudiecengtaocidianrongqidewenbodianyabijiaohezukangtexingshangdiejialediangandianliudepinpushiyitu。


紋波電壓波形中可以看出,粉色係所示的疊層陶瓷電容器的Vesl明顯很低,Vesr的梯度也較小。當然,如阻抗特性圖與表格數值所示,ESR和ESL也較小。阻抗特性圖中,細線表示ESR。
該例中由於開關頻率是500kHz,可以知道電感電流的頻譜裏存在從500kHz的基本波到高次諧波。由於其範圍是高於諧振點的頻率,所以可以理解ESL的影響較大的原因。
另外,下麵用映射圖表示其與電容容量的關係。

從該映射圖可以知道,MLCC-疊層陶瓷電容器非常有助於降低紋波電壓Vp-p,容量與Vesl幾乎不存在依存性。順便說一句,導電性高分子型在代表性的3個品牌中,幾乎沒有由容量產生的Vesl差異,而不同品牌的ESL有差異。
-看了該比較後注意到,也就是說如果用疊層陶瓷電容器替換導電性高分子電容器,不需要相同容值是嗎?
這是非常重要的要點。從紋波電壓的角度看,由於疊層陶瓷電容器的ESR、ESL都(dou)很(hen)小(xiao),對(dui)於(yu)原(yuan)來(lai)的(de)導(dao)電(dian)性(xing)高(gao)分(fen)子(zi)型(xing)可(ke)以(yi)用(yong)更(geng)低(di)的(de)容(rong)量(liang)來(lai)替(ti)換(huan)。容(rong)量(liang)不(bu)僅(jin)影(ying)響(xiang)尺(chi)寸(cun),還(hai)會(hui)影(ying)響(xiang)成(cheng)本(ben)。在(zai)一(yi)些(xie)條(tiao)件(jian)下(xia),通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)疊(die)層(ceng)陶(tao)瓷(ci)電(dian)容(rong)器(qi),減(jian)小(xiao)紋(wen)波(bo)的(de)同(tong)時(shi)還(hai)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)小(xiao)型(xing)化(hua)並(bing)降(jiang)低(di)成(cheng)本(ben)。
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