電源設計中的電容RMS紋波額定電流
發布時間:2010-10-25 來源:Robert Kollman
中心議題:
- 注意輸入電容RMS電流
- 低ESR在電源中會產生的困擾
- EMI濾波器振蕩和意外電壓浪湧
- 並聯電解電容中形成過電流狀態
過流狀態的解決方案:
- 並聯電解電容常常用於抑製高Q電路
- 增加工作頻率、陶瓷電容數量、電解電容ESR或其RMS額定電流
電源中常常被忽略的一種應力是輸入電容RMS電流。若不正確理解它,過電流會使電容過熱和過早失效。在降壓轉換器中,使用下列近似式,根據輸出電流(Io)和占空比(D)可以很輕鬆地計算出RMS電流:
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圖1給出了該表達式的曲線圖;它是一個圓形,其中,50%占空比時達到最大值0.5,並在0%和100%占空比時有2個零交叉。該曲線在50%占空比附近對稱。在20%和80%之間,RMS電流和輸出電流之間的比大於80%。使用這一範圍的占空比,您可以將RMS電流粗略估計為1/2最大輸出電流。在這一範圍之外,您需要進行相應的計算。

在過去幾年中,陶瓷電容器的容積效率和成本兩方麵都取得了巨大的進步。陶瓷電容器現在成為繞過電源功率級的首選。但是,它們的低ESR在電源中會產生許多困擾,例如:EMI濾波器振蕩和意外電壓浪湧。並聯電解電容常常用於抑製這些高Q電路。這些情況下,您應該注意電解質中的紋波電流,因為大量的電源紋波電流會最終進入電解電容。圖2顯示了一個帶輸入電容的100kHz轉換開關例子,其輸入電容由一個同電解電容器並聯的10μF陶瓷電容組成,而該電解電容器包含0.15Ω的等效串聯電阻(ESR)。假設電解電容器的電容比陶瓷電容器的大,在這種情況下,約70%的RMS電流出現在了電解質中。要減少該RMS電流,您可以增加陶瓷電容、工作頻率或者等效串聯電阻(ESR)。通過電容電流的傅裏葉級數可以繪製出這一曲線,從而計算每個諧波(多達10)的電解電容器電流,並重新組合諧波來計算電解電容器的總RMS電流。請注意,陶瓷電容的電流與ESR的電流在相位上相差1/4zhouqi,yincibixujiangtamenkanzuoshishiliang。ruguoninbuxiangzaizhexiejisuanfangmianhuafeishijian,nameninkeyitongguoyigedianliuyuanhesangewuyuanzujianqingsongdiduigaidianlujinxingfangzhen。

總之,要注意輸入電容中的RMSdianliu,yinweiguodianliuyinglihuijiangdidianrongdekekaoxing。zuhedianrongleixingshigengxutebiezhuyi,yinweitaocidianrongtongchanghuiyunxuzugougaodewenbodianyazaibingliandianjiedianrongzhongxingchengguodianliuzhuangtai。zheyiwentidejiejuefangfashizengjiaruxiayixianghuoduoxiang:工作頻率、陶瓷電容數量、電解電容ESR或其RMS額定電流。
注:下麵是輸入電容中RMS電流的推導過程,其假設電感無窮大。它以矩形脈衝(D0.5*Ipk)的RMS電流作為開始,並去除了DC組件(D*Ipk)。

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