模块电源保持电容计算方式

模块电源保持电容计算方式

摘要

保持电容的容量可依据输出直流电压的纹波、电源中断后保持时间和过渡时间计算确定，如图1所示。许多应用中，输入电压中断一定时间时，要求电源保持正常输出，也就是说，变换器必须安全渡过故障期并保证输出电压不变。同样，许多系统需要电源提供故障预警信号，以实现安全关机。

电容存储的能量与两端电压的关系如下：

ε=1/2（CU^2）

式中，ε=存储的能量，U=电容两端的电压。通过电容向变换器供电时，电容消耗的能量=(功率-时间之积)。

ε=PΔt=C(U1^2-U2^2)/2

式中,P=功率，Δt=电容放电时间，U1=Δt始点电容的电压，U2=Δt末点电容的电压。

变换这个等式。可计算出电容的容量：

C = 2PΔt/(U1^2-U2^2)

根据定义、保持时间是从电源告警(BOK)到变换器关闭的时间。电源正常和变换器使能的门限值

分别是205V和185V,因而:

C = 2PΔt/(205^2-185^2)

C = 2PΔt/ (7800)

应当注意，实际应用电路中，保持电容C1、C2串联，所以每只电容的容量应是以下计算值的两倍，但额定电压可降低至200V。保持时间、输出功率和总串联电容量的关系如图2-13所示。

根据允许的直流电压纹波(或电容的纹波电流)可确定电容的要求。还应考虑变换器的纹波抑制和输出的纹波电压，Vicor变换器的纹波抑制（R）和输入、输出电压的关系如下：

R=30+201g(Uin/Uout)

例如，300V输入、15V输出变换器的纹波抑制是56dB，葑输入纹波电压为10Vp- p,则输出纵波为15mVp- p。用上述公式可计算出所需的电容值。这里，U1和U2分别是纹波的峰顶和谷底的瞬间电压对应整流电压的峰峰值，时间变化Δt如下式，在此时间内，电容必须保持合适的直流电压。

Δt=(π-θ)/2πf

式中，f为输入交流电压频率，θ为整流器导通角，导通角arccosU2/U1。

选择保持电容时，还需考虑额定纹波电流，电容的额定纹波电流必须高干最大工作纹波电流，工作纹波电流(ms)大致等于：

IRMS=2P/UAC

式中，P为工作功率，UAC为输入交流电压。

例如，负载电压为12V,负载所需功率为320W。假设变换器的效率为85%，则ARM的输出功率为375W,输入交流电压的范围是90～264V,要求保持时间是9ms.

已知保持时间和输出功率，按图2,输出总电容最小值应是820μF.因为两个电容串联，所以每个电容的最小值应是1640μF,应当注意，保持时间不依赖于输入电压。

计算过渡时间

过渡时间与输人电压、输出功率的关系如图3所示。输入电压为90V,过渡时间为68ms.

应当说明，过渡时间是依赖于输入电压的。

计算保持电容的纹波电压

纹波电压与输出功率的关系如图4所示，保持电容两端的纹波电压应是12V。

计算DC-DC变换器的输出纹波

纹波抑制与变换器输出电压的关系如图5。12V输出电压的变换器的纹波抑制约为60dB。因为直流电压的纹波是12V、因此由输入造成的变换器输出纹波(120Hz)应是12mVp-p。应  当注意,新一代变换器的纹波抑制都大于Vl-200系列及VI-J00系列变换器。