【電源設計小貼士37】:折中選擇輸入電容紋波電流線壓範圍
發布時間:2013-03-12 責任編輯:hedyxing
【導讀】在為一個低功耗、離(li)線(xian)電(dian)源(yuan)選(xuan)擇(ze)輸(shu)入(ru)濾(lv)波(bo)電(dian)容(rong)時(shi),會(hui)出(chu)現(xian)一(yi)種(zhong)有(you)趣(qu)的(de)權(quan)衡(heng)過(guo)程(cheng)。要(yao)折(zhe)中(zhong)地(di)選(xuan)取(qu)電(dian)容(rong)的(de)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)額(e)定(ding)值(zhi),以(yi)適(shi)合(he)電(dian)源(yuan)工(gong)作(zuo)所(suo)需(xu)的(de)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)。電(dian)容(rong)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)額(e)定(ding)值(zhi)越(yue)大(da),應(ying)力(li)越(yue)小(xiao),電(dian)源(yuan)效(xiao)率(lv)也(ye)就(jiu)越(yue)高(gao)。
通(tong)過(guo)增(zeng)加(jia)輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong),您(nin)可(ke)以(yi)獲(huo)得(de)更(geng)多(duo)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)的(de)同(tong)時(shi)還(hai)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)降(jiang)低(di)輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)的(de)壓(ya)降(jiang)來(lai)縮(suo)小(xiao)電(dian)源(yuan)的(de)工(gong)作(zuo)輸(shu)入(ru)電(dian)壓(ya)範(fan)圍(wei)。這(zhe)樣(yang)做(zuo)會(hui)影(ying)響(xiang)電(dian)源(yuan)的(de)變壓器匝數比以及各種電壓及電流應力。
圖1和2顯示了離線電源中使用的兩種整流器配置結構。圖1為一個全波橋接,其中,AC輸入電壓經過簡單整流以後便被送至電容。這種電路常見於寬範圍AC和230伏AC應用中。電容充電至正弦波峰值,然後在大部分半周期放電。電容紋波電流包括兩個部分:首先是充電周期,其電流由電容值和所應用的dV/dt決定;其次是電容放電。電源起到恒定電源負載的作用,因此電容以非線性速率實施放電,其計算方法為:W = ½ * C *V^2 = P * dt。

圖1 用於許多離線設計中的全波橋接
圖2描述了一種倍壓器整流配置結構,許多115/230 VAC應用都使用了這種結構。如果您有一個230 VAC應用,則您的輸入級需要處理最大輸入電壓(265 VAC)乘以峰值因數這麼大的電壓,其接近400伏。在與一個115 VAC輸入一起使用時,倍壓器將經過整流的電壓,增壓至接近230 VAC輸入電平。我們可以專為230 VACxianyashejiyigedianyuan,yicilaijianxiaodianyuangongzuodezhengliuhoudianyafanwei。womentongchangshiyongyigetiaoxianhuozhekaiguan,laishixianbutongzhengliuqipeizhizhijiandeqiehuan。zhezhongfangfadeweiyiquedianshiouerchuxianrenweibeizeng230 VAC輸入的情況,從而對電源造成嚴重破壞。圖2顯xian示shi了le倍bei壓ya器qi電dian路lu的de一yi些xie波bo形xing。電dian容rong之zhi間jian不bu帶dai電dian。兩liang個ge整zheng流liu器qi交jiao替ti對dui每mei個ge電dian容rong施shi加jia輸shu入ru電dian壓ya。一yi個ge周zhou期qi中zhong,每mei個ge電dian容rong都dou被bei充chong電dian至zhi峰feng值zhi線xian壓ya,這zhe樣yang它ta們men每mei個ge都dou有you一yi個ge線xian頻pin率lv紋wen波bo部bu分fen。由you於yu電dian容rong為wei異yi相xiang位wei充chong電dian,因yin此ci其qi和he的de紋wen波bo頻pin率lv為wei線xian頻pin率lv的de兩liang倍bei。

圖2 倍壓器減小電源線壓範圍
圖3顯示了四種整流器/輸入電壓方法的uF/W標準化壓降。共有三種全波橋接方法,適用於低線壓美國(108 VAC/60 Hz)、低線壓日本(85 VAC/50 Hz)和低線壓歐洲(216 VAC/50 Hz)。另(ling)外(wai),還(hai)有(you)一(yi)個(ge)低(di)線(xian)壓(ya)日(ri)本(ben)的(de)倍(bei)壓(ya)器(qi)。就(jiu)全(quan)波(bo)橋(qiao)而(er)言(yan),標(biao)準(zhun)化(hua)過(guo)程(cheng)隻(zhi)需(xu)將(jiang)電(dian)容(rong)除(chu)以(yi)功(gong)率(lv)。在(zai)倍(bei)壓(ya)器(qi)中(zhong),標(biao)準(zhun)化(hua)方(fang)法(fa)是(shi)將(jiang)兩(liang)個(ge)串(chuan)聯(lian)電(dian)容(rong)之(zhi)一(yi)的(de)電(dian)容(rong)除(chu)以(yi)功(gong)率(lv)。要(yao)想(xiang)使(shi)用(yong)該(gai)曲(qu)線(xian)圖(tu),請(qing)首(shou)先(xian)確(que)定(ding)您(nin)的(de)整(zheng)流(liu)器(qi)配(pei)置(zhi)結(jie)構(gou),並(bing)選(xuan)擇(ze)一(yi)個(ge)可(ke)以(yi)接(jie)受(shou)的(de)壓(ya)降(jiang)。之(zhi)後(hou),您(nin)隻(zhi)需(xu)讀(du)取(qu)輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)的(de)uF/W便可。最後,通過乘以您的功率,便可去標準化。

圖3 大電容可減小輸入線壓範圍並提高效率
之後,您便可以利用圖4來計算電容的紋波電流額定值。圖4顯(xian)示(shi)了(le)標(biao)準(zhun)化(hua)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)與(yu)標(biao)準(zhun)化(hua)輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)的(de)對(dui)比(bi)關(guan)係(xi)。有(you)趣(qu)的(de)是(shi),紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)並(bing)非(fei)與(yu)電(dian)容(rong)密(mi)切(qie)相(xiang)關(guan)。這(zhe)是(shi)因(yin)為(wei)在(zai)放(fang)電(dian)期(qi)間(jian),電(dian)流(liu)由(you)一(yi)個(ge)來(lai)自(zi)負(fu)載(zai)的(de)接(jie)近(jin)於(yu)恒(heng)定(ding)的(de)電(dian)流(liu)所(suo)決(jue)定(ding)。隻(zhi)有(you)在(zai)充(chong)電(dian)周(zhou)期(qi),電(dian)流(liu)才(cai)會(hui)極(ji)為(wei)不(bu)同(tong)。電(dian)容(rong) (uF/W) 減小時,漸進紋波電流增加,這時便出現上述情況。更大電容、更小傳導角時,峰值電流更高。請注意,該曲線圖僅包括線頻率紋波電流,並未包括高頻電源紋波電流效應。

圖4 增加uF/W不會明顯增加輸入電容紋波電流
總之,設計人員在選擇輸入電容和整流器配置結構時進行一些折中處理非常重要。如果選擇寬範圍應用的全波橋接,則電源可能需要在4:1shurufanweigongzuoyunxing。ruguoshejirenyuanxuanzezaishejizhongshiyongyigebeiyaqilaijianxiaozheyifanwei,zecunzaiyonghuwucaozuodaozhichuxianguodianyadeyinhuan。genjubenwentigongdequxiantulaixuanzezhengquedeshurudianrong,keyizaiyidingchengdushangxianzhigongzuodianyafanwei。
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