網友分享:最有效的開關電源紋波計算方法
發布時間:2013-09-19 來源:電子元件技術網 責任編輯:cicy
對濾波效果而言,電容的ESL和ESR參can數shu都dou很hen重zhong要yao,電dian感gan會hui阻zu止zhi電dian流liu的de突tu變bian,電dian阻zu則ze限xian製zhi了le電dian流liu的de變bian化hua率lv,這zhe些xie影ying響xiang對dui電dian容rong的de充chong放fang電dian顯xian然ran都dou不bu利li。優you質zhi的de電dian容rong在zai設she計ji及ji製zhi造zao時shi都dou采cai取qu了le必bi要yao的de手shou段duan來lai降jiang低diESL和ESR,故而橫向比較起來,同樣的容量濾波效果卻不同。
漏電流小,ESR小,一般都是認為要選擇低ESR的係列,不過也與負載有關,負載越大,ESR不變時,紋波電流變大,紋波電壓也變大。我們從公式上來看看,dV=C*di*dt;dv就是紋波,di是電感上電流的值,dt是持續的時間。一般的開關電源書籍都會講到怎麼算紋波,大題分解為:濾波電容對電壓的積分+濾波電容的ESR+濾波電容的ESL+noise,如下圖:


一般對紋波的計算通常是估算
有you關guan開kai關guan電dian源yuan紋wen波bo的de計ji算suan,原yuan則ze上shang比bi較jiao複fu雜za,要yao將jiang輸shu入ru的de矩ju形xing波bo進jin行xing傅fu立li葉ye展zhan開kai成cheng各ge次ci諧xie波bo的de級ji數shu,計ji算suan每mei個ge諧xie波bo的de衰shuai減jian,再zai求qiu和he。最zui後hou的de結jie果guo不bu僅jin與yu濾lv波bo電dian感gan、濾波電容有關,而且與負載電阻有關。當然,計算時是將濾波電感和濾波電容看成理想元件,若考慮電感的直流電阻以及電容的ESR,那(na)就(jiu)更(geng)複(fu)雜(za)了(le)。所(suo)以(yi),通(tong)常(chang)都(dou)是(shi)估(gu)算(suan),再(zai)留(liu)出(chu)一(yi)定(ding)餘(yu)量(liang),以(yi)滿(man)足(zu)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu)。對(dui)樣(yang)機(ji)需(xu)要(yao)實(shi)際(ji)測(ce)試(shi),若(ruo)不(bu)能(neng)滿(man)足(zu)設(she)計(ji)要(yao)求(qiu),則(ze)需(xu)要(yao)更(geng)改(gai)濾(lv)波(bo)元(yuan)件(jian)參(can)數(shu)。
以Buck電(dian)路(lu)為(wei)例(li),電(dian)感(gan)中(zhong)電(dian)流(liu)連(lian)續(xu)和(he)斷(duan)續(xu),開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)的(de)傳(chuan)遞(di)函(han)數(shu)完(wan)全(quan)不(bu)同(tong)。電(dian)流(liu)連(lian)續(xu)時(shi)環(huan)路(lu)穩(wen)定(ding),電(dian)流(liu)斷(duan)續(xu)時(shi)未(wei)必(bi)穩(wen)定(ding)。而(er)電(dian)感(gan)中(zhong)電(dian)流(liu)是(shi)否(fou)連(lian)續(xu),除(chu)與(yu)電(dian)感(gan)量(liang)等(deng)有(you)關(guan)外(wai),還(hai)與(yu)負(fu)載(zai)有(you)關(guan)。更(geng)嚴(yan)重(zhong)的(de)是(shi),電(dian)流(liu)是(shi)否(fou)連(lian)續(xu)還(hai)與(yu)占(zhan)空(kong)比(bi)有(you)關(guan),而(er)占(zhan)空(kong)比(bi)是(shi)由(you)反(fan)饋(kui)電(dian)路(lu)控(kong)製(zhi)的(de)。不(bu)僅(jin)Buck,其它如Boost以及由基本拓撲衍生出來的正激、反激等也是一樣。
若要求所有可能產生的工作狀態下都穩定,通常要加假負載以保證Buck電路電感電流總是連續(對Buck/Boost或反激則保證不會在連續斷續之間轉變),或者把反饋環路時間常數設計得非常大(這會在很大程度上降低開關電源的響應速度)。
對輸出電壓可調整的開關電源(例如實驗室用的0~30V輸出電源),環路穩定的難度更大。對這類電源,往往要在開關電源之後再加一級線性調整。
電解電容的選擇很重要
在輸出端采用高頻性能好、ESR低的電容,高頻下ESR阻抗低,允許紋波電流大。可以在高頻下使用,如采用普通的鋁電解電容作輸出電容,無法在高頻(100kHz以上的頻率)下工作,即使電容量也無效,因為超過10kHz時,它已成電感特性了。
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