陶瓷電容的紋波電流參數(shù)，紋波電流怎么選陶瓷電容好

陶瓷電容器非常適合管理紋波電流，因?yàn)樗鼈兛梢詾V除開關(guān)模式電源產(chǎn)生的大電流。通常并聯(lián)使用不同尺寸和值的陶瓷電容器以達(dá)到最佳效果。在這種情況下，每個(gè)電容器應(yīng)滿足其允許的紋波電流額定值。

在這篇文章中，我將以降壓轉(zhuǎn)換器為例來演示如何選擇陶瓷電容器以滿足紋波電流要求。（請(qǐng)注意，鋁電解電容器或鉭電容器等大容量電容器具有較高的等效串聯(lián)電阻（ESR）。當(dāng)與陶瓷電容器并聯(lián)時(shí)，這些大容量電容器的設(shè)計(jì)不能承受較大的紋波電流。因此，我不會(huì)在這里討論它們。

圖1所示為降壓轉(zhuǎn)換器的基本電路。轉(zhuǎn)換器輸入電流，iIN_D，由大紋波電流 Δi 組成IN_D.

圖1：降壓轉(zhuǎn)換器的基本電路

降壓轉(zhuǎn)換器參數(shù)為：

輸入電壓（V在） = 12V。

允許輸入紋波電壓（ΔV在） 《 0.36V。

輸出電壓（V或） = 1.2V。

輸出電流（I或） = 12A。

電感峰峰值紋波電流 （ΔIpp） = 3.625A。

開關(guān)頻率（F西 南部） = 600KHz。

陶瓷電容器的溫升極限《10°C。

圖2顯示了輸入紋波電流波形。

圖 2：輸入紋波電流波形

為了滿足紋波電壓要求，陶瓷電容器的有效電容應(yīng)大于公式1計(jì)算的電容：

配合轉(zhuǎn)換器參數(shù)和要求，Cce_total應(yīng)大于 5μF。

所選的陶瓷電容器還必須滿足紋波電流限制。公式2計(jì)算紋波電流的均方根（RMS）值：

鑒于我或= 12A，ΔIpp = 3.625A 和 D = 10%，輸入紋波的RMS值為3.615A有效值。

表1列出了具有適當(dāng)額定電壓的可用陶瓷電容器的特性。這些電容器的容差為10%。

表 1：電容器特性

雖然一塊電容器A提供足夠的有效電容來滿足紋波電壓要求，但其紋波電流額定值為3.24A有效值略小于轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的值。雖然增加另一塊電容器A可以滿足要求，但它比其他較小的電容器占用更多的空間和成本。問題是應(yīng)該添加哪種電容器或電容器。為了回答這個(gè)問題，我對(duì)紋波電流分布進(jìn)行了分析。圖3是兩個(gè)電容與交流電流源并聯(lián)的簡化原理圖。

圖3：紋波電流分布示意圖

根據(jù)歐姆定律，電流分布應(yīng)遵循公式3：

陶瓷電容器具有小的ESR。圖 4 顯示了兩個(gè)示例。

圖4：陶瓷電容器阻抗 |Z|和 ESR R 頻率變化

對(duì)于低于1MHz的頻率，您可以近似于陶瓷電容器的阻抗XC，由 XC=
1/（jωC）。因此，公式3簡化為公式4。根據(jù)公式4，紋波電流與有效電容成正比：

當(dāng)多個(gè)電容器并聯(lián)時(shí)，允許紋波電流與有效電容比最低的電容器，I有效值-over-C，將首先達(dá)到紋波電流額定值。假設(shè) C1 具有較低的
I有效值-超過C2，公式5估計(jì)總允許紋波電流，I∑_RMS_Allow：

當(dāng)C1達(dá)到其允許紋波電流額定值時(shí)，通過C2的紋波電流不會(huì)超過其允許紋波電流，如公式6所示：

為了擁有我∑_RMS_Allow≥ IIN_AC_RMS，附加電容應(yīng)大于公式7計(jì)算的電容：

托爾。是這些陶瓷電容器的電容容差。當(dāng)計(jì)算中包括容差時(shí)，瓶頸電容器的最差情況下紋波電流不會(huì)超過其額定值。

我列出了 I有效值--C比作為表2中的參數(shù)。

表 2：電容器特性

電容器A在12VDC偏見。為了滿足紋波電流要求，應(yīng)添加一個(gè)或多個(gè)額外的電容器以滿足紋波電流要求。由于電容器 A 具有最低的
I有效值-C比，增加的有效電容，C附加，應(yīng)大于用公式 8 計(jì)算得出的數(shù)值：

有兩種選擇。第一種選擇是添加一塊電容器B。第二種選擇是添加一塊電容器C和兩塊電容器D。兩種選擇都提供足夠的額外有效電容，并占用類似的印刷電路板（PCB）區(qū)域。由于后一種選擇更具成本效益，因此我選擇了第二種選擇。

為了驗(yàn)證我的假設(shè)，我進(jìn)行了PSPICE模擬;圖5顯示了我使用的電路。我還在典型情況下使用了電容器的標(biāo)稱值。

圖5 紋波電流分布模擬電路

圖6顯示了電容紋波電流的仿真波形和RMS值，即：

圖 6：各陶瓷電容器的仿真紋波電流波形

然后，我使用了電容值，這些值會(huì)使電容A（瓶頸電容）出現(xiàn)最壞情況。

電容器紋波電流的RMS值為：

每個(gè)電容器都符合其允許的紋波電流額定值。