開關(guān)穩(wěn)壓電源中輸出濾波電容器的選用方法

1、開關(guān)穩(wěn)壓電源中輸出濾波電容器的選用方法寧波中策電子有限公司(寧波315016)楊丹萍【摘要】介紹開關(guān)電源中的輸出濾波電容的選用方法。關(guān)鍵詞:紋波電流;等效串聯(lián)電阻低溫時的ESR值。1引言開關(guān)電源的壽命在很大程度取決于電解電容,因為在開關(guān)電源產(chǎn)品中,障,因為,其壽命不會改變。只要一到確定的時間,就肯定要發(fā)生故障,另一方面,由于電解電容從等效電路來看,并不是單純的電容,而是包含有串聯(lián)電阻R和串聯(lián)電感LS的電路。如圖1所示。這些參數(shù)的數(shù)值是隨溫度變化的,其等效阻抗的溫度及頻率特性,如圖2所示。因此從要求的紋波電壓來決定最佳濾波電容量并不容易。初學(xué)者在設(shè)計時,往往會在決定濾波電容的容量時發(fā)生失誤?；?/p>

2、上述因素,正確選用電解電容特別是輸出濾波電容顯得非常重要。圖1圖3電容器的阻抗特性(a)理想的阻抗特性(b)實際的阻抗特性212從壽命出發(fā)選擇電容等效串聯(lián)電阻是耗能元件,它的損耗功率變成熱量,從而影響了電容的壽命。在同一模塊電源中,選用兩種不同ESR的電解電容,在同一環(huán)境條件下,工作相同時間后,ESR值大的電容溫升明顯高于ESR值小的電容,那么根據(jù)阿雷尼厄斯10度法則(即溫度每升高10,電解電容的壽命就縮短一半),ESR值大的電容的壽命就要比ESR小的電容壽命短,另一方面,當電容中流過不同的紋波電流時,其發(fā)熱的程度不一樣,所以各種電容都有規(guī)定的允許紋波電流值(廠家提供)。如果從延長電容器的壽命

3、出發(fā),應(yīng)增加對紋波電流的余量,由上分析,我們在選擇電容時,應(yīng)選擇較小的ESR值,并能在整個溫度范圍內(nèi)承受高的紋波電流的電容。213從容量出發(fā)選擇電容輸出濾波電容器的選取,不僅依賴于工作電流最大值和開關(guān)頻率,而且還與變換器類型有關(guān)。前面已提及,濾波電容實際上不是從紋波電壓出發(fā)求取,而是根據(jù)電容的允許紋波電流值決定的,用這種方法可以進行切實有效的設(shè)計,下面圖2電容阻抗與頻率的關(guān)系(溫度為參變量)以圖4所示(圖中R為包含整流管的等效電阻),介紹輸出電容的具體求取方法,作為設(shè)計條件。設(shè):輸入電壓Vi:220VAC,50Hz(Em=220)輸出電壓VO:5VDC,輸出電流IO:20AH輸出端電感L:13

4、變壓器匝比Np/Ns:423開關(guān)頻率f:25kHzs)占空比D:0.4(TON=16逆變器效率:80%輸入回路串聯(lián)電阻:10設(shè)計方法為:2輸出濾波電容器的選擇211電容的阻抗特性理想的電容器的阻抗特性,如圖3(a)所示。實際上電容器的阻抗特性包括等效串聯(lián)電阻(ESR),容抗(XC)和電感電抗(XL),如圖3(b)所示。在低頻時,主要由XC影響阻抗,在高頻時,主要由XL影響阻抗,最低的阻抗等于ESR。其對應(yīng)的頻率應(yīng)正好處于濾波器的基波頻率為最合適。這時,對電容器上紋波電壓起主要作用的是ESR,但ESR值與溫度變化有關(guān)。溫度越低,ESR越高。例如:在20kHz工作頻率下,一般鋁。電解電容器在25時

5、,ESR為33m在-40時,增加到,在-55時,為1.08,良好的電路設(shè)計,應(yīng)該考慮到900m44MEEMNo.41999© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 圖4(1)輸入電流IIII=0.Vi0.(31,OV1-V0)TON2L2NP=×281-5×16×10-6-62×422×1.732×13×101.8AIO(RMS)=(2)IVI=0.96E3R=0.96×220&

6、#215;1.414-3×0.57×10281V表1在不同的逆變器電路形式中,輸出電容的紋波電流電路類型降壓型電路簡圖輸出電容Co的紋波電流有效值2(V1-V0)TON升壓型×T×T2L(TON+Toff)順向型NV1-V0TON2LNP回掃型×V×T×T2LP×NP×(TON+Toff)中心抽頭型VI-V0TON2LNP半橋型NVI-V02L2NPTON全橋型VI-V0TON2LNP由圖5查知,在工作電壓為16V(因輸出電壓為5V,故電解電容耐壓選16V)時,與這樣的紋波電流適應(yīng)的電容量是F。實際應(yīng)用中

7、,為了降低等效串聯(lián)電阻,經(jīng)常用多于4700兩個電容并聯(lián)來達到所需電容量,由多只電容并聯(lián)形成的復(fù)合電容的阻抗特性,如圖6所示。本電路在實際應(yīng)用中,采F/16V電解電容并聯(lián),為了得到更小的紋波,往用5只1000F往在此基礎(chǔ)上再并幾只小電容,比如0.01F、0.1F、100等,通過實驗,此辦法是可行的。54機電工程1999年第4期© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 帶有高頻SI器件開關(guān)的軟開關(guān)型諧振DC-DC變換器浙江水電專科學(xué)校(杭州310016)徐柳娟【

8、摘要】描述了結(jié)合常規(guī)串聯(lián)諧振逆變器電路構(gòu)成的零電流軟開關(guān)變換器,并提出了其在穩(wěn)態(tài)時的工作原理,對帶有電壓箝位二極管環(huán)路的半橋零電流諧振DCDC變換器的性能評價。關(guān)鍵詞:軟開關(guān);半橋;電壓箝位項目漏門正向電壓降符號UDS(on)R)TonToff條件ID=300AG0.7ADS150VID=300A額定值1.8V6mAs0.2s31靜電感應(yīng)器件B)1示,BSIT,具有比單晶體管高1V。表1典型B-SIT的電特性項目漏門電極,V漏電流,A門電流,A功率損耗,W符號UDGIDIGPtR門電流(導(dǎo)通)IG1=1A門電流(截止)IG2=-1A最大額定值3003002015002變換器電路變換器的電路構(gòu)造,如圖1示,包括兩個準諧振開關(guān)和電壓箝位二極管回路的基本半橋型電壓箝位ZCS(即零電流開關(guān))諧振DCDC變換器電路,SI器件采用BSIT晶體管。圖6(2)根據(jù)允許的紋波電流值決定電容量比較方便。(3)該方法已用于產(chǎn)品設(shè)計中。參考文獻1葉慧貞、楊興洲1開關(guān)穩(wěn)壓電源1北京:國防工業(yè)出圖5通用長壽命電解電容的允許紋波電流版社,1990.2張占松1高頻開關(guān)穩(wěn)壓電源1廣州:廣東科技出版社,1992.4結(jié)束語(1)溫度下降,等效串聯(lián)電阻(ESR)加大,導(dǎo)致電容壽命3張廷鵬1通信用高頻開關(guān)電源1北京:人民郵電出版社,1997.減短,這是鋁電解電容的缺點,在不很強