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本文转载自: 硬件十万个为什么微信公众号
我们可以从上图可以看到在电源系统中,电容在开关电源电路中主要用于:
1、输入电容Cin
2、输出电容Cout
3、自举电容CBST
4、电容控制器自身的一些储能和稳压CVCC
5、开关控制器的配置Css
6、环路特性设计Ccomp
7、去耦
电源往往是我们在电路设计过程中最容易忽略的环节。其实,作为一款优秀的设计,电源设计应当是很重要的,它很大程度影响了整个系统的性能和成本。
这里,只介绍一下电路板电源设计中的电容使用情况。这往往又是电源设计中最容易被忽略的地方。很多人搞ARM,搞DSP,搞FPGA,乍一看似乎搞得很高深,但未必有能力为自己的系统提供一套低成本可靠的电源方案。尤其当前进口芯片供应困难,价格高。我们需要运用一些***进行电源设计。本文就以JWH6346为例,说明电容器在开关电源设计中的运用。
1、输入电容
输入电容纹波电流有效值计算
相信很多人都知道Buck电路中输入电容纹波电流有效值,在连续工作模式下可以用以下公式来计算:
然而,相信也有很多人并不一定知道上面的计算公式是如何推导出来的,下文将完成这一过程。我曾经在我写的华为内部的培训资料《电源是怎样炼成的》里面,也没有充分的描述清楚。也很多朋友通过这个材料跟我探讨过这这个问题。
众所周知,在BuckConverter电路中Q1的电流(IQ1)波形基本如图1所示:0~DTs期间为一半梯形,DTs~Ts期间为零。当0~DT期间Iq1 ⊿I足够小时(不考虑输出电流纹波的影响),则Iq1波形为近似为一个高为Io、宽为DTs的矩形,则有:
图1
Iin=(Vo/Vin)*Io=DIo (Iin,只要Cin容量足够大,则在整个周期中是基本恒定的;按照能量守恒定律:Pin≈Pout)
Icin=Iq1-Iin
对Icin 的表达式可以这样理解:在Q1导通期间输入端和输入电容共同向输出端提供电流,因此输入电容电流等于Q1电流减去输入端电流;在Q1关断期间输入端对电容充电,以补充在Q1导通期间所泄掉的电荷,而此时电流方向与所定义的正向是相反的,所以有Icin=-DIo根据有效值的定义.
不难得出输入电容的纹波电流有效值Icin.rms的计算公式:
有效值定义:有效值(Effectivevalue)在相同的电阻上分别通以直流电流和交流电流,经过一个交流周期的时间,如果它们在电阻上所消耗的电能相等的话,则把该直流电流(电压)的大小作为交流电流(电压)的有效值,正弦电流(电压)的有效值等于其最大值(幅值)的1/√2,约0.707倍。
在正弦交流电流电中根据热等效原理,定义电流和电压的有效值为其瞬时值在一个周期内的方均根值。
审核编辑 黄宇
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