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【今日分享】开关电源纹波计算方法

2021-4-30 09:26:57  1574 开关电源
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  对滤波效果而言,电容的ESLESR参数都很重要,电感会阻止电流的突变,电阻则限制了电流的变化率,这些影响对电容的充放电显然都不利。优质的电容在设计及制造时都采取了必要的手段来降低ESLESR,故而横向比较起来,同样的容量滤波效果却不同。
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  漏电流小,ESR小,一般都是认为要选择低ESR的系列,不过也与负载有关,负载越大,ESR不变时,纹波电流变大,纹波电压也变大。我们从公式上来看看,dV=C*di*dtdv就是纹波,di是电感上电流的值,dt是持续的时间。一般的开关电源书籍都会讲到怎么算纹波,大题分解为:滤波电容对电压的积分+滤波电容的ESR+滤波电容的ESL+noise,如下图:

  一般对纹波的计算通常是估算
  有关开关电源纹波的计算,原则上比较复杂,要将输入的矩形波进行傅立叶展开成各次谐波的级数,计算每个谐波的衰减,再求和。最后的结果不仅与滤波电感、滤波电容有关,而且与负载电阻有关。当然,计算时是将滤波电感和滤波电容看成理想元件,若考虑电感的直流电阻以及电容的ESR,那就更复杂了。所以,通常都是估算,再留出一定余量,以满足设计要求。对样机需要实际测试,若不能满足设计要求,则需要更改滤波元件参数。
  以Buck电路为例,电感中电流连续和断续,开关电源的传递函数完全不同。电流连续时环路稳定,电流断续时未必稳定。而电感中电流是否连续,除与电感量等有关外,还与负载有关。更严重的是,电流是否连续还与占空比有关,而占空比是由反馈电路控制的。不仅Buck,其它如Boost以及由基本拓扑衍生出来的正激、反激等也是一样。

  若要求所有可能产生的工作状态下都稳定,通常要加假负载以保证Buck电路电感电流总是连续(Buck/Boost或反激则保证不会在连续断续之间转变),或者把反馈环路时间常数设计得非常大(这会在很大程度上降低开关电源的响应速度)。对输出电压可调整的开关电源(例如实验室用的030V输出电源),环路稳定的难度更大。对这类电源,往往要在开关电源之后再加一级线性调整。

  电解电容的选择很重要
  在输出端采用高频性能好、ESR低的电容,高频下ESR阻抗低,允许纹波电流大。可以在高频下使用,如采用普通的铝电解电容作输出电容,无法在高频(100kHz以上的频率)下工作,即使电容量也无效,因为超过10kHz时,它已成电感特性了。

非常好的资料
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麦田里守望者 2021-4-30 10:56:54
学到了,感谢楼主的分享!
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王栋春 2021-4-30 22:53:58
着实是经验之谈
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陈工 2021-5-8 14:22:43
学到了,感谢楼主的分享
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