【電源設計小貼士21】:注意電容RMS紋波額定電流
發布時間:2013-02-19 責任編輯:hedyxing
【導讀】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。本文將來探討如何計算RMS電流,以防止電容的過早失效。
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:
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。

圖1 在1/2輸出電流處出現降壓輸入電容RMS電流峰值
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(參見《電源設計小貼士 20》)。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 100 kHz 轉換開關例子,其輸入電容由一個同電解電容器並聯的 10 uF 陶瓷電容組成,而該電解電容器包含 0.15 歐姆的等效串聯電阻 (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 1/4 周(zhou)期(qi),因(yin)此(ci)必(bi)須(xu)將(jiang)它(ta)們(men)看(kan)作(zuo)是(shi)矢(shi)量(liang)。如(ru)果(guo)您(nin)不(bu)想(xiang)在(zai)這(zhe)些(xie)計(ji)算(suan)方(fang)麵(mian)花(hua)費(fei)時(shi)間(jian),那(na)麼(me)您(nin)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)電(dian)流(liu)源(yuan)和(he)三(san)個(ge)無(wu)源(yuan)組(zu)件(jian)輕(qing)鬆(song)地(di)對(dui)該(gai)電(dian)路(lu)進(jin)行(xing)仿(fang)真(zhen)。

圖2 使用不同電容類型時請注意電解電容電流
總之,要注意輸入電容中的 RMS dianliu,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。
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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