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降压电路的电容容量计算

姜维 发布于 2022-01-04 09:54
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 降压拓扑结构在电子产品里面应用的非常的多,但是很多的工程师对电容的选取不是很清楚,下面就buck工作在临界模式里面与连续模式里面电容是怎么选择的。

下面的图一是开关开通的时候,电流的流向,在开通的时候,电容电流有充电也有放电

但是充电一定是平衡的。

图二是开关关断的时候,电流的流向。在关断期间电容也有充电与放电的过程。

image.png

image.png

从上图来看的话,buck电路在稳态的时候,电感电流为临界状态,当我们开关S1闭合为t0时刻,电感L1上面电流从0开始上升,这个时候输出电压是通过C1电容的放电来维持电压基本保持平衡,所以输出电容电压是下降,随时间的推移到t1时刻,电感电流上升到输出电流IO的时候,可以认为电容既不充电也不放电,t1时刻之后电感电流继续上升这时ILIo,电容开始充电。电容电压开始上升,到t2时刻,开关管关断,电感电流到最大ILmaxIo,输出电容继续充电,电压上升,t2时刻后到t3之前,电感电流开始下降,在ILIo的时候,输出电容还是在充电,一直到t3时刻,IL=Io电感电流完全给负载提供电流,没有多余的电流来给电容充电,电容不充电电压达到最大值,t3时刻后电感电流ILIo,电容开始放电,电容电压下降直到到t4时刻。开关管开通下一个周期开始。在稳态的时候电容的充电与放电一定是平衡的,这样才能维持输出电压稳定。

image.png

从下面的图上分析,电解电容的充电时间是t1-t3,电感电流ILIo的时候,

电容电压上了了△Vt1-t2的时间是1/2开通时间,t2-t3的时间是1/2关断时间,

t1-t3的时间段就是image.png,也就是电容充电时间是半个周期。

放电时间也是半个周期,

   充电的平均电流就是image.png

在整个的充电过程中,电容的充电电压由最小电压充到最大电压,最小电压到最大电压的压差为△V,△V=Vomax-Vomin 这里的△V就是电容充放电引起的纹波电压,BUCK电路里电感的平均电流是等于输出电流Io的,所以临界模式的BUCKILmax=2·Io

这样就可以得到电容的平均充电电流Iav=Io/2

根据Q=C·V=I·t  image.png

临界模式里面电流是平均充电电流image.png

临界模式的时间是电容充电时间image.png


V是要求的纹波电压,一般是输出电压的1%2%

根据公式可计算出image.png


临界模式里面△I=2·Io  image.png

如果是连续模式里面△I=r×Io  

r0.2-0.4之间image.png





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