電容對(duì)于同步降壓轉(zhuǎn)換器而言，是個(gè)至關(guān)重要的組件。由于有著各種各樣的電容技術(shù)，因此，如圖1所示，在設(shè)計(jì)同步降壓轉(zhuǎn)換器時(shí)需考慮輸入和輸出電容的參數(shù)。
圖1：同步降壓直流/直流轉(zhuǎn)換器
電力電容的選擇參數(shù)如下文表1所示：
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降壓轉(zhuǎn)換器性能特性
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需考慮的電容參數(shù)
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功耗
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有效串聯(lián)電阻(ESR)
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電壓紋波性能
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有效串聯(lián)電阻(ESR)
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負(fù)載瞬態(tài)（交流）性能
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有效串聯(lián)電感(ESR)
有效串聯(lián)電阻(ESR)
電容
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成本
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視技術(shù)和供應(yīng)商而定
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尺寸
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長(zhǎng)、寬、高
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可靠性
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電容材料
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表1：降壓轉(zhuǎn)換器性能vs.電容參數(shù)
下文表2所示為各類(lèi)技術(shù)相關(guān)的電容特性。
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電容技術(shù)
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ESR
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成本
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電流額定值
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標(biāo)準(zhǔn)鋁電解電容
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高
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低
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低
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OSCON電容
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低
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中
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高
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POSCAP電容
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低
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高
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中
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鉭質(zhì)電容
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中
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中
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中
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陶瓷電容
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非常低
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非常高
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高
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表2：相關(guān)電容特性
電容阻抗與頻率的比值也非常重要，因?yàn)樗鼪Q定了降壓轉(zhuǎn)換器將電容作為儲(chǔ)能容器而非感應(yīng)器的開(kāi)關(guān)頻率。阻抗可受電容的ESR（有效串聯(lián)電阻）和ESL（有效串聯(lián)電感）影響，且看起來(lái)像一個(gè)U形曲線，如圖2所示。圖2中所示的自諧振頻率是電容開(kāi)始用作感應(yīng)器的頻率（示例為10uF電容）。理想狀態(tài)下，我們希望降壓轉(zhuǎn)換器以電容區(qū)域的開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行開(kāi)關(guān)操作。
我們可以使用電容組合使阻抗曲線“變平”，以在推高降壓轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率的同時(shí)，使其仍處于電容區(qū)域內(nèi)。電容阻抗因技術(shù)和開(kāi)關(guān)頻率而異。
圖2：電容阻抗與開(kāi)關(guān)頻率之比
那么，如何選擇輸入和輸出濾波器選擇電容呢？
對(duì)于輸入濾波器，你需要選擇一個(gè)電容來(lái)處理輸入交流電流（紋波）和輸入電壓紋波。
對(duì)于輸出濾波器，你需要選擇一個(gè)電容來(lái)處理負(fù)載瞬態(tài)，并將輸出電壓紋波降至最低。
圖3所示方程為確定電容可以承受的輸入電流RMS（均方根）電流。根據(jù)輸入電壓、輸入電流RMS電流，以及輸入電壓峰-峰紋波，您可以根據(jù)電容數(shù)據(jù)表選擇電容。建議將鋁電解電容(AlEl)和陶瓷電容結(jié)合使用。陶瓷電容的ESR較低，且能夠降低輸入電壓峰-峰紋波，這反過(guò)來(lái)又能夠減少輸入大電容所需處理的輸入紋波電流。
圖3：輸入電容RMS電流的計(jì)算
下文表3所示為輸出電容的選擇標(biāo)準(zhǔn)：
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電容參數(shù)
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負(fù)載瞬態(tài)性能
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輸出電壓紋波
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大電容（用于儲(chǔ)能和將能量向負(fù)載側(cè)傳遞）
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主要作用
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主要作用
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ESR
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主要作用
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主要作用
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ESL
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主要作用
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次要作用
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表3：輸出電容的標(biāo)準(zhǔn)
下文圖4所示為每個(gè)輸出電容元件對(duì)降壓轉(zhuǎn)換器負(fù)載瞬態(tài)性能的作用機(jī)制
圖4：電容的負(fù)載瞬態(tài)性能標(biāo)準(zhǔn)
如下文圖5-6所示，電容的輸出電壓過(guò)沖、下沖和峰-峰電壓紋波計(jì)算值可用于確定電容。
圖5：確定輸出電壓下沖和過(guò)沖用輸出電容
圖6：確定輸出電壓峰-峰紋波處理用輸出電容
以下所示為輸出電容的一個(gè)選擇示例
輸出電容
2A～10A負(fù)載階躍 @ 15A/ms
使用2x 1000 mF鋁質(zhì)電解電容器：19mW ESR
PLOSS = (3.32/2)2x 19/2 x 10-3= 0.024W]
為了幫助降低尖峰，加入兩個(gè)10 mF陶瓷電容器(1210)，分別為0.8mW ESR、1.1nH ESL
該選擇方案能夠提供：
1.7mV輸出電壓下沖
10.7mV輸出電壓上沖
19.9mV電壓尖峰
2.8mV輸出電壓峰-峰紋波
所以，設(shè)計(jì)降壓轉(zhuǎn)換器時(shí)，記住這些電容選擇標(biāo)準(zhǔn)，您就可以設(shè)計(jì)出高性能、穩(wěn)定且可靠的解決方案了！嘗試在您的下一個(gè)直流/直流供電設(shè)計(jì)中使用一款TI的降壓轉(zhuǎn)換器和降壓控制器產(chǎn)品吧！ |
