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干货 | 详解“输入电解”和“输出电解”电容的计算

2019-08-14
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输入侧的电解电容计算

我们一般按照在最低输入电压下,最大输出的情况下,要求电解电容上的纹波电压低于多少个百分点来计算。当然,如果有保持时间的要求,那么需要按照保持时间的要求重新计算,二者之中,取大的值。

假如在最低输入电压下,电源的输入功率为Pin,最低输入交流电压有效值为Vinacmin,那么我们一般认为此时整流后的直流电压为Vinmin=1.2×Vinacmin,由于在交流两次充电周期间,对后面变换器的供电都是由电容储能来保证的,那么电压跌落是可以计算出来的:C×ΔV=I×Δt,ΔV是电压纹波,一般取Vinmin的10%~20%,I是电容对后面电路的放电电流=Pin/Vinmin 而Δt则是两次充电的时间间隔(就是一个工频周期内电容的放电时间),可以按照0.8×1/(2×fac)来考虑,说白了,就是交流整流后的半正弦周期中,80%的时间是靠电解电容储能来供应给后面的变换器的。
那么由此我们就可以计算出输入端的交流整流后滤波电解电容容量了。

输入侧的电解电容计算

输出侧的电解电容。输出端的电解电容工作在高频下,纹波电流对其影响很大,我们一般按照纹波电流的限制条件来计算输出侧的电解电容。电解电容上的纹波电流有效值与次级整流二极管的电流有效值以及输出电流的关系为:
电解电容的生产厂家通常会给出电解电容在某个频率下,某个温度时的额定纹波电流IRCrms。但实际使用过程中,我们需要考虑温度效应与频率效应。实际电容可以使用的纹波电流为IRCrms×温度系数×频率系数。不同的厂商,提供温度系数和频率系数参考点可能不同,要注意换算。如果厂商没有提供,那么下面的数值可以供参考:
温度系数:
105℃:1
85℃:1.7
65℃:2.1
频率系数:
100KHz:1
10KHz:0.9
1KHz:0.8
120Hz:0.5
50Hz:0.32

单个电解如果纹波电流不够,可以用多个并联使用。另外,多个并联使用也有助于降低输出电压纹波。

实际最终电解电容的选择是否合适,除了要保证足够的电压裕量。更主要的就是电解电容的温度和温升。电解电容的温度每升高10度,那么寿命减半。所以电解电容的工作温度,将受到电源设计寿命的限制。

另一方面,由于电容的温升可能是外来的热量造成的,也可能是自身的损耗造成的。所以,我们这里还有一个限制条件,就是,自温升<5℃。

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