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同步降壓轉(zhuǎn)換器中的輸入和輸出電容考量因素

發(fā)布時(shí)間:2017-02-10 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】電容對于同步降壓轉(zhuǎn)換器而言,是個(gè)至關(guān)重要的組件。由于有著各種各樣的電容技術(shù),因此,如圖1所示,在設(shè)計(jì)同步降壓轉(zhuǎn)換器時(shí)需考慮輸入和輸出電容的參數(shù)。電力電容的選擇參數(shù)如下文表1所示:
 
同步降壓轉(zhuǎn)換器中的輸入和輸出電容考量因素
 
同步降壓轉(zhuǎn)換器中的輸入和輸出電容考量因素
 
下文表2所示為各類技術(shù)相關(guān)的電容特性。
 
同步降壓轉(zhuǎn)換器中的輸入和輸出電容考量因素
 
電容阻抗與頻率的比值也非常重要,因?yàn)樗鼪Q定了降壓轉(zhuǎn)換器將電容作為儲(chǔ)能容器而非感應(yīng)器的開關(guān)頻率。阻抗可受電容的ESR(有效串聯(lián)電阻)和ESL(有效串聯(lián)電感)影響,且看起來像一個(gè)U形曲線,如圖2所示。圖2中所示的自諧振頻率是電容開始用作感應(yīng)器的頻率(示例為10uF電容)。理想狀態(tài)下,我們希望降壓轉(zhuǎn)換器以電容區(qū)域的開關(guān)頻率進(jìn)行開關(guān)操作。
 
我們可以使用電容組合使阻抗曲線“變平”,以在推高降壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率的同時(shí),使其仍處于電容區(qū)域內(nèi)。電容阻抗因技術(shù)和開關(guān)頻率而異。
 
同步降壓轉(zhuǎn)換器中的輸入和輸出電容考量因素
 
那么,如何選擇輸入和輸出濾波器選擇電容呢?
 
對于輸入濾波器,你需要選擇一個(gè)電容來處理輸入交流電流(紋波)和輸入電壓紋波。
 
對于輸出濾波器,你需要選擇一個(gè)電容來處理負(fù)載瞬態(tài),并將輸出電壓紋波降至最低。
 
圖3所示方程為確定電容可以承受的輸入電流RMS(均方根)電流。根據(jù)輸入電壓、輸入電流RMS電流,以及輸入電壓峰-峰紋波,您可以根據(jù)電容數(shù)據(jù)表選擇電容。建議將鋁電解電容(AlEl)和陶瓷電容結(jié)合使用。陶瓷電容的ESR較低,且能夠降低輸入電壓峰-峰紋波,這反過來又能夠減少輸入大電容所需處理的輸入紋波電流。
 
同步降壓轉(zhuǎn)換器中的輸入和輸出電容考量因素
 
下文表3所示為輸出電容的選擇標(biāo)準(zhǔn):
 
同步降壓轉(zhuǎn)換器中的輸入和輸出電容考量因素
 
下文圖4所示為每個(gè)輸出電容元件對降壓轉(zhuǎn)換器負(fù)載瞬態(tài)性能的作用機(jī)制
 
同步降壓轉(zhuǎn)換器中的輸入和輸出電容考量因素
 
如下文圖5-6所示,電容的輸出電壓過沖、下沖和峰-峰電壓紋波計(jì)算值可用于確定電容。
 
同步降壓轉(zhuǎn)換器中的輸入和輸出電容考量因素
 
以下所示為輸出電容的一個(gè)選擇示例
 
輸出電容
 
  • 2A~10A負(fù)載階躍 @ 15A/ms
  • 使用2x 1000 mF鋁質(zhì)電解電容器:19mW ESR
  • PLOSS = (3.32/2)2 x 19/2 x 10-3 = 0.024W]
  • 為了幫助降低尖峰,加入兩個(gè)10 mF陶瓷電容器(1210),分別為0.8mW ESR、1.1nH ESL
  • 該選擇方案能夠提供:
  • 1.7mV輸出電壓下沖
  • 10.7mV輸出電壓上沖
  • 19.9mV電壓尖峰
  • 2.8mV輸出電壓峰-峰紋波
 
所以,設(shè)計(jì)降壓轉(zhuǎn)換器時(shí),記住這些電容選擇標(biāo)準(zhǔn),您就可以設(shè)計(jì)出高性能、穩(wěn)定且可靠的解決方案了!嘗試在您的下一個(gè)直流/直流供電設(shè)計(jì)中使用一款TI的降壓轉(zhuǎn)換器和降壓控制器產(chǎn)品吧!
 
 
 
 
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