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網(wǎng)友分享:最有效的開(kāi)關(guān)電源紋波計算方法

發(fā)布時(shí)間:2013-09-19 來(lái)源:電子元件技術(shù)網(wǎng) 責任編輯:cicy

【導讀】最近網(wǎng)友在電子元件技術(shù)網(wǎng)的論壇里面提出疑問(wèn),如何計算開(kāi)關(guān)電源的紋波?電容的ESR對紋波或整個(gè)環(huán)路有什么影響?如何確定環(huán)路的穩定性?大家知道紋波的計算比較復雜,那么有沒(méi)有什么更加有效的計算方法呢,現在讓我們來(lái)看看各位網(wǎng)友都是怎么說(shuō)的吧!

對濾波效果而言,電容的ESL和ESR參數都很重要,電感會(huì )阻止電流的突變,電阻則限制了電流的變化率,這些影響對電容的充放電顯然都不利。優(yōu)質(zhì)的電容在設計及制造時(shí)都采取了必要的手段來(lái)降低ESL和ESR,故而橫向比較起來(lái),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的系列,不過(guò)也與負載有關(guān),負載越大,ESR不變時(shí),紋波電流變大,紋波電壓也變大。我們從公式上來(lái)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(shí)間。一般的開(kāi)關(guān)電源書(shū)籍都會(huì )講到怎么算紋波,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:

網(wǎng)友分享:最有效的開(kāi)關(guān)電源紋波計算方法

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一般對紋波的計算通常是估算

有關(guān)開(kāi)關(guān)電源紋波的計算,原則上比較復雜,要將輸入的矩形波進(jìn)行傅立葉展開(kāi)成各次諧波的級數,計算每個(gè)諧波的衰減,再求和。最后的結果不僅與濾波電感、濾波電容有關(guān),而且與負載電阻有關(guān)。當然,計算時(shí)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,那就更復雜了。所以,通常都是估算,再留出一定余量,以滿(mǎn)足設計要求。對樣機需要實(shí)際測試,若不能滿(mǎn)足設計要求,則需要更改濾波元件參數。

以Buck電路為例,電感中電流連續和斷續,開(kāi)關(guān)電源的傳遞函數完全不同。電流連續時(shí)環(huán)路穩定,電流斷續時(shí)未必穩定。而電感中電流是否連續,除與電感量等有關(guān)外,還與負載有關(guān)。更嚴重的是,電流是否連續還與占空比有關(guān),而占空比是由反饋電路控制的。不僅Buck,其它如Boost以及由基本拓撲衍生出來(lái)的正激、反激等也是一樣。

若要求所有可能產(chǎn)生的工作狀態(tài)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(huì )在連續斷續之間轉變),或者把反饋環(huán)路時(shí)間常數設計得非常大(這會(huì )在很大程度上降低開(kāi)關(guān)電源的響應速度)。

對輸出電壓可調整的開(kāi)關(guān)電源(例如實(shí)驗室用的0~30V輸出電源),環(huán)路穩定的難度更大。對這類(lèi)電源,往往要在開(kāi)關(guān)電源之后再加一級線(xiàn)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??梢栽诟哳l下使用,如采用普通的鋁電解電容作輸出電容,無(wú)法在高頻(100kHz以上的頻率)下工作,即使電容量也無(wú)效,因為超過(guò)10kHz時(shí),它已成電感特性了。

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