電容RMS紋波額定電流

　　電源中常常被忽略的一種應力是輸入電容RMS電流。若不正確理解它，過電流會使電容過熱和過早失效。在降壓轉(zhuǎn)換器中，使用下列近似式，根據(jù)輸出電流 (Io) 和占空比 (D) 可以很輕松地計算出RMS電流：

　　圖1給出了該表達式的曲線圖;它是一個圓形，其中，50%占空比時達到最大值0.5，并在0%和100%占空比時有2個零交叉。該曲線在50%占空比附近對稱。在20%和80%之間，RMS電流和輸出電流之間的比大于80%。使用這一范圍的占空比，您可以將RMS電流粗略估計為1/2最大輸出電流。在這一范圍之外，您需要進行相應的計算。

　　圖1.在1/輸出電流處出現(xiàn)降壓輸入電容RMS電流峰值

　　在過去幾年中，陶瓷電容器的容積效率和成本兩方面都取得了巨大的進步。陶瓷電容器現(xiàn)在成為繞過電源功率級的首選。但是，它們的低ESR在電源中會產(chǎn)生許多困擾，例如：EMI濾波器振蕩和意外電壓浪涌(參見《電源設(shè)計小貼士20》)。并聯(lián)電解電容常常用于抑制這些高Q電路。這些情況下，您應該注意電解質(zhì)中的紋波電流，因為大量的電源紋波電流會最終進入電解電容。圖2顯示了一個帶輸入電容的100 kHz轉(zhuǎn)換開關(guān)例子，其輸入電容由一個同電解電容器并聯(lián)的10 uF陶瓷電容組成，而該電解電容器包含0.15歐姆的等效串聯(lián)電阻 (ESR)。假設(shè)電解電容器的電容比陶瓷電容器的大，在這種情況下，約70%的RMS電流出現(xiàn)在了電解質(zhì)中。要減少該RMS電流，您可以增加陶瓷電容、工作頻率或者 等效串聯(lián)電阻(ESR)。通過電容電流的傅里葉級數(shù)可以繪制出這一曲線，從而計算每個諧波(多達10)的電解電容器電流，并重新組合諧波來計算電解電容器的總RMS電流。請注意，陶瓷電容的電流與ESR的電流在相位上相差1/4周期，因此必須將它們看作是矢量。如果您不想在這些計算方面花費時間，那么您可以通過一個電流源和三個無源組件輕松地對該電路進行仿真。

　　圖2.使用不同電容類型時請注意電解電容電流

　　總之，要注意輸入電容中的RMS電流，因為過電流應力會降低電容的可靠性。組合電容類型時更需特別注意，因為陶瓷電容通常會允許足夠高的紋波電壓在并聯(lián)電解電容中形成過電流狀態(tài)。這一問題的解決方法是增加如下一項或多項：工作頻率、陶瓷電容數(shù)量、電解電容ESR或其RMS額定電流。

　　下個月，我們將討論DC/DC轉(zhuǎn)換器的反饋環(huán)路基礎(chǔ)知識，敬請期待。

　　注：

　　下面是輸入電容中RMS電流的推導過程，其假設(shè)電感無窮大。它以矩形脈沖(D0.5*Ipk)的RMS電流作為開始，并去除了DC組件(D*Ipk)。