輸出濾波電容器的容量計算
開關(guān)頻率f一般為幾十至幾百千赫茲，輸出濾波電容器co應(yīng)采用高頻電解電容 器，其自諧振頻率可超過10mhz。由于f < fr，電容器呈容性。利用輸出濾波電容器可降低開關(guān)電源的輸出紋波電壓δuo。隔離 式開關(guān)電源的δuo約為輸出電壓的1%~2%，即δuo＝(1％一2％)uo，一般為幾十 毫伏至幾百毫伏。開關(guān)穩(wěn)壓器的輸出紋波電壓較小，約為輸出電壓的0.2％~0.5％， 一般情況下δuo只有十毫伏至幾十毫伏。輸出濾波電容器上的紋波電流估算公式為 δio＝(0.2~0.4)io，具體比例系數(shù)視輸出濾波器的結(jié)構(gòu)而定，例如使用一階濾波器 時可取δio＝0.4io。使用二階濾波器時可取δio＝0.2io。降壓式dc/dc變換器的輸出電路及工作波形分別如圖3-8-3(a)~(d)所 示。ui為輸入直流高壓，upwm為功率開關(guān)管vt產(chǎn)生的脈寬調(diào)制信號，l為濾波電 感，vd為續(xù)流二極管，co為輸出濾波電容器。uo為輸出電壓，io為輸出電流。δuo、δio分別表示輸出紋波電壓和輸出濾波電容器上的紋波電流，δil為負(fù)載上 的紋波電流，t為開關(guān)周期(開關(guān)頻率為f)。當(dāng)vt導(dǎo)通時除向負(fù)載供電，還有一 部分電能儲存于l、c中，l上的電壓為ul，其極性是左端為正、右端為負(fù)，此時 vd截止。當(dāng)vt關(guān)斷時l上產(chǎn)生極性為左端負(fù)、右端正的反向電動勢，使vd導(dǎo) 通，l中的電能傳送給負(fù)載，維持輸出電壓不變，并且uo < ui。
由于在從t1到t2期間紋波電流的平均 值為(δio/2)/2＝δio/4，并考慮到t＝1/f，因此對式(3-8-3)積分后可得到δuo = δiot/(4co x 2) = δio/(8fco) (3-8-4)從式(3-8-4)解出co = δio/(8fδuo) (3-8-5)需要注意兩點：第一，為改善濾波效果，實際容量應(yīng)大于按照式(3-8-5)計算出 的數(shù)值；第二，上述公式是將co視為理想電容器，末考慮其等效串聯(lián)電阻值resr。因 resr是串聯(lián)在c，上的，故式(3-8-4)應(yīng)改為δuo=δio(resr+1/(8fco))(3-8-6)
這就是降壓式dc／dc變換器輸出紋波電壓的完整表達(dá)式。舉例說明，已知uo＝5v，io＝1a，f＝100khz，取δio＝0.4io＝0.4a，并假定 resr＝0.2ω。當(dāng)co＝100uf時，按照式(3-8-4)計算δuo時未考慮及resr，所得到的 δuo＝0.4a×0.01250＝5mv，該數(shù)值明顯偏小。因為在同樣情況下若根據(jù)式(3-8-6)計算，公眾號@電路一點通 δuo＝0.4a×(0.20+0．01250)＝89mv。顯然，89mv才是合理數(shù)值。上 例中，若采用resr＝0.1ω的高性能電解電容器，則δuo即可減小到45mv。從中不難 發(fā)現(xiàn)，由resr所引起的輸出紋波電壓遠(yuǎn)大于式(3-8-6)中的第二項，這表明，resr是 造成輸出紋波電壓的關(guān)鍵因素，當(dāng)resr較大時，式(3-8-6)中的第二項甚至可忽略不 計，此時公式簡化成
δuo=δioxresr(3-8-7)
利用式(3-8-7)可估算所需及resr值，以此作為選擇co時的參考值。反之，如果 將auo當(dāng)做預(yù)期值(已知量)，即可利用式(3-8-6)計算出co的最小值
co(min)=1/8f/(δuo/δio-resr)(3-8-8)
此時已不能忽略式(3-8-6)中的第二項，并且實際容量應(yīng)大于式(3-8-8)的計 算結(jié)果。負(fù)載上的紋波電流、輸出紋波電壓與等效負(fù)載有關(guān)，其計算公式為δil＝δuo/rl。通常δil遠(yuǎn)小于δio。