电源设计小贴士21：请注意电容RMS纹波额定电流

+荐课提问/讨论评论收藏

课程目录
相关资源
课程笔记

课时1：电源设计小贴士21：请注意电容RMS纹波额定电流

课程介绍共计1课时，2分46秒

TI 开关电源电源设计电源管理设计贴士

电源中常常被忽略的一种应力是输入电容 RMS 电流。若不正确理解它，过电流会使电容过热和过早失效。在降压转换器中，使用下列近似式，根据输出电流 (Io) 和占空比 (D) 可以很轻松地计算出 RMS 电流：

图 1 给出了该表达式的曲线图；它是一个圆形，其中，50%占空比时达到最大值0.5，并在 0% 和 100% 占空比时有 2 个零交叉。该曲线在 50% 占空比附近对称。在 20% 和 80% 之间，RMS 电流和输出电流之间的比大于 80%。使用这一范围的占空比，您可以将 RMS 电流粗略估计为 1/2 最大输出电流。在这一范围之外，您需要进行相应的计算。

图 1 在 1/2 输出电流处出现降压输入电容RMS电流峰值

在过去几年中，陶瓷电容器的容积效率和成本两方面都取得了巨大的进步。陶瓷电容器现在成为绕过电源功率级的首选。但是，它们的低 ESR 在电源中会产生许多困扰，例如：EMI 滤波器振荡和意外电压浪涌（参见《电源设计小贴士 20》）。并联电解电容常常用于抑制这些高 Q 电路。这些情况下，您应该注意电解质中的纹波电流，因为大量的电源纹波电流会最终进入电解电容。图 2 显示了一个带输入电容的 100 kHz 转换开关例子，其输入电容由一个同电解电容器并联的 10 uF 陶瓷电容组成，而该电解电容器包含 0.15 欧姆的等效串联电阻 (ESR)。假设电解电容器的电容比陶瓷电容器的大，在这种情况下，约 70% 的 RMS 电流出现在了电解质中。要减少该 RMS 电流，您可以增加陶瓷电容、工作频率或者等效串联电阻（ESR）。通过电容电流的傅里叶级数可以绘制出这一曲线，从而计算每个谐波（多达 10）的电解电容器电流，并重新组合谐波来计算电解电容器的总 RMS 电流。请注意，陶瓷电容的电流与 ESR 的电流在相位上相差 1/4 周期，因此必须将它们看作是矢量。如果您不想在这些计算方面花费时间，那么您可以通过一个电流源和三个无源组件轻松地对该电路进行仿真。