开关稳压电源中输出滤波电容器的选用方法

1、开关稳压电源中输出滤波电容器的选用方法宁波中策电子有限公司(宁波315016)杨丹萍【摘要】介绍开关电源中的输出滤波电容的选用方法。关键词:纹波电流;等效串联电阻低温时的ESR值。1引言开关电源的寿命在很大程度取决于电解电容,因为在开关电源产品中,障,因为,其寿命不会改变。只要一到确定的时间,就肯定要发生故障,另一方面,由于电解电容从等效电路来看,并不是单纯的电容,而是包含有串联电阻R和串联电感LS的电路。如图1所示。这些参数的数值是随温度变化的,其等效阻抗的温度及频率特性,如图2所示。因此从要求的纹波电压来决定最佳滤波电容量并不容易。初学者在设计时,往往会在决定滤波电容的容量时发生失误。基于

2、上述因素,正确选用电解电容特别是输出滤波电容显得非常重要。图1图3电容器的阻抗特性(a)理想的阻抗特性(b)实际的阻抗特性212从寿命出发选择电容等效串联电阻是耗能元件,它的损耗功率变成热量,从而影响了电容的寿命。在同一模块电源中,选用两种不同ESR的电解电容,在同一环境条件下,工作相同时间后,ESR值大的电容温升明显高于ESR值小的电容,那么根据阿雷尼厄斯10度法则(即温度每升高10,电解电容的寿命就缩短一半),ESR值大的电容的寿命就要比ESR小的电容寿命短,另一方面,当电容中流过不同的纹波电流时,其发热的程度不一样,所以各种电容都有规定的允许纹波电流值(厂家提供)。如果从延长电容器的寿命

3、出发,应增加对纹波电流的余量,由上分析,我们在选择电容时,应选择较小的ESR值,并能在整个温度范围内承受高的纹波电流的电容。213从容量出发选择电容输出滤波电容器的选取,不仅依赖于工作电流最大值和开关频率,而且还与变换器类型有关。前面已提及,滤波电容实际上不是从纹波电压出发求取,而是根据电容的允许纹波电流值决定的,用这种方法可以进行切实有效的设计,下面图2电容阻抗与频率的关系(温度为参变量)以图4所示(图中R为包含整流管的等效电阻),介绍输出电容的具体求取方法,作为设计条件。设:输入电压Vi:220VAC,50Hz(Em=220)输出电压VO:5VDC,输出电流IO:20AH输出端电感L:13

4、变压器匝比Np/Ns:423开关频率f:25kHzs)占空比D:0.4(TON=16逆变器效率:80%输入回路串联电阻:10设计方法为:2输出滤波电容器的选择211电容的阻抗特性理想的电容器的阻抗特性,如图3(a)所示。实际上电容器的阻抗特性包括等效串联电阻(ESR),容抗(XC)和电感电抗(XL),如图3(b)所示。在低频时,主要由XC影响阻抗,在高频时,主要由XL影响阻抗,最低的阻抗等于ESR。其对应的频率应正好处于滤波器的基波频率为最合适。这时,对电容器上纹波电压起主要作用的是ESR,但ESR值与温度变化有关。温度越低,ESR越高。例如:在20kHz工作频率下,一般铝。电解电容器在25时

5、,ESR为33m在-40时,增加到,在-55时,为1.08,良好的电路设计,应该考虑到900m44MEEMNo.41999© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 图4(1)输入电流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在不同的逆变器电路形式中,输出电容的纹波电流电路类型降压型电路简图输出电容Co的纹波电流有效值2(V1-V0)TON升压型×T×T2L(TON+Toff)顺向型NV1-V0TON2LNP回扫型×V×T×T2LP×NP×(TON+Toff)中心抽头型VI-V0TON2LNP半桥型NVI-V02L2NPTON全桥型VI-V0TON2LNP由图5查知,在工作电压为16V(因输出电压为5V,故电解电容耐压选16V)时,与这样的纹波电流适应的电容量是F。实际应用中

7、,为了降低等效串联电阻,经常用多于4700两个电容并联来达到所需电容量,由多只电容并联形成的复合电容的阻抗特性,如图6所示。本电路在实际应用中,采F/16V电解电容并联,为了得到更小的纹波,往用5只1000F往在此基础上再并几只小电容,比如0.01F、0.1F、100等,通过实验,此办法是可行的。54机电工程1999年第4期© 1994-2008 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. 带有高频SI器件开关的软开关型谐振DC-DC变换器浙江水电专科学校(杭州310016)徐柳娟【

8、摘要】描述了结合常规串联谐振逆变器电路构成的零电流软开关变换器,并提出了其在稳态时的工作原理,对带有电压箝位二极管环路的半桥零电流谐振DCDC变换器的性能评价。关键词:软开关;半桥;电压箝位项目漏门正向电压降符号UDS(on)R)TonToff条件ID=300AG0.7ADS150VID=300A额定值1.8V6mAs0.2s31静电感应器件B)1示,BSIT,具有比单晶体管高1V。表1典型B-SIT的电特性项目漏门电极,V漏电流,A门电流,A功率损耗,W符号UDGIDIGPtR门电流(导通)IG1=1A门电流(截止)IG2=-1A最大额定值3003002015002变换器电路变换器的电路构造,如图1示,包括两个准谐振开关和电压箝位二极管回路的基本半桥型电压箝位ZCS(即零电流开关)谐振DCDC变换器电路,SI器件采用BSIT晶体管。图6(2)根据允许的纹波电流值决定电容量比较方便。(3)该方法已用于产品设计中。参考文献1叶慧贞、杨兴洲1开关稳压电源1北京:国防工业出图5通用长寿命电解电容的允许纹波电流版社,1990.2张占松1高频开关稳压电源1广州:广东科技出版社,1992.4结束语(1)温度下降,等效串联电阻(ESR)加大,导致电容寿命3张廷鹏1通信用高频开关电源1北京:人民邮电出版社,1997.减短,这是铝电解电容的缺点,在不很强