電源適配器濾波電解電容器的性能

       輸出濾波電解電容器的性能直接影響電源適配器的性能,那么電源適配器的電路拓撲和電路設計的合理性是否反過來也影響輸出濾波電容器的工作和壽命?結論是肯定的?通常電源適配器的主回路的電路拓撲主要有反激式(包括電流連續與電流斷續)?單管正激(包括雙管箝位和有源箝位)?半橋與全橋?推挽電路拓撲?除反激式電路拓撲外,其他形式的電路拓撲都可以在主開關管導通期間使輸入的電能直接向輸出提供?如果開關管的導通占空比為100%,那么輸出濾波電容器上就沒有紋波電流,輸出濾波電容器也沒有存在的意義?同時輸出濾波電感如果為無窮大,則輸出濾波電容器上也沒有紋波電流,那么選擇什么樣的濾波電容也就無所謂?實際上為了穩定輸出電壓開關管的導通占空比不可能工作在100%,而且輸出濾波電感的電感量也不可能達到無窮大因此輸出濾波電容器上還有紋波電流,降壓型變換器的輸出濾波電感電流和輸出濾波電容器電流波形如圖8-11所示?

這時紋波電流的大小主要看輸出濾波電感對電流的平滑作用如何?如果輸出電流在20%負載仍能連續則輸出濾波電容器僅承擔輸出電流的40%峰峰值紋波電流,如紋波電流近似為三角波時,其有效值為

式中lrms—輸出濾波電容器的有效值電流;

      Ip-p—峰-峰值電流;

         lo—輸出電流平均值?

可以得出當負載電流在20%?10%額定電流時為電流臨界連續狀態,則流過輸出濾波電容器的有效值電流為額定輸出電流的18.26%?9.13%?應該說相對輸出電流而言,這個電流是比較小的,對輸出濾波電容器的影響并不很大?

如果是反激式電源適配器,情況將完全不同了,因為所有的輸出電流為電感(隔離型的為“變壓器”)提供,而電感電流的波動均需要輸出濾波電容器來濾除,如圖8-12所示?

圖8-12不同電流工作模式下的濾波電感?電容電流波形

        當電流連續狀態下的流過濾波電容器的有效值電流為輸出電流平均值的最小比值(電感為無窮大時)見表8-4,而電流斷續時流過濾波電容的電流有效值為輸出電流平均值的比值見表8-5?輸出電感不是無窮大但是電流連續狀態下的流過濾波電容器的有效值電流為輸出電流平均值的比值介于兩表給出的數值之間?從兩個表中可以看到,反激式電源適配器流過輸出濾波電容器的有效值電流至少為正激式電源適配器的4~18倍?輸出濾波電容器的電容量通常需要比正激式的電源適配器大3-5倍?

        表電流連續狀態下的濾波電容器電流有效值/輸出電流平均值比與占空比的關系

       表電流斷續狀態下的濾波電容器電流有效值/輸出電流平均值比與占空比的關系

      可見反激式電源適配器的輸出濾波電容器承受的紋波電流最大?因此在設計時應充分考慮這一問題,通常的解決辦法是增加輸出濾波電容器的電容并聯的個數?如果受體積的限制則應盡量需要選擇極低ESR的濾波電容器?所以,從盡可能減小輸出濾波電容器的紋波電流角度出發,在可能的情況下盡量選用正激式電源適配器的電路拓撲為好?

      電路不合理或濾波電容器選用不合理都會造成整機的問題,最大的問題就是整機使用壽命短?如某一品牌電源適配器曾遇到輸出濾波電容器壽命短的問題困擾向作者咨詢問題所在,作者通過實際測試發現的問題是電路設計不合理,輸出整流器的工作占空比太小(如占空比02與05相比紋波電流大一倍,如果是01就是3倍關系)?

      同樣,在輸出濾波電容器的紋波電流問題上,升壓式電源適配器(boot)也存在類似于反激式電源適配器的紋波電流大的問題?

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