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AC/DC

非隔离型降压转换器的设计案例

主要部件的选型:输出电容器 C5

输出电容器具有与电感一起平滑输出电压的LC滤波器的作用和供给负载电流的作用。另外,输出纹波电压的大小在很大程度上取决于电容的阻抗。

输出电容器 C5

右侧电路图截取自电路图的输出部分。输出电容器C5从输出端连接至GND。可以看出它与电感一起形成LC滤波器。

当IC中内置的MOSFET导通时,输出二极管D4关断,输出电容器被充电的同时负责供给负载电流。

当MOSFET关断时,输出二极管导通,此时由输出电容器供给负载电流。

A4_7_ckt

输出电容的常数计算

输出电容器选型时,要使输出的峰值纹波电压(ΔVpp)在设计的目标输出纹波电压以内。输出纹波电压由峰值电感电流的有效值–纹波电流和电容的阻抗决定。所以,以目标纹波电压为起点进行计算。C5的阻抗Z可通过下列公式计算。

假设ΔVpp=100mV,则: A4_7_fom1

求出的Z为该电路的最小开关频率60kHz时的值。一般的开关电源用电解电容器(低阻抗产品)的阻抗规定条件为100kHz。在谐振点之前,电容器的阻抗相对于频率几乎呈直线下降趋势,所以可根据下列公式求出100kHz时的Z。

    A4_7_fom2

接下来求纹波电流 Is(rms) 。

    A4_7_fom3

至此求出了电容器的阻抗和纹波电流。

最后,耐压根据经验法则一般以输出电压的2倍左右为大致标准:

    VOUT×2 = 20V×2 = 40V → 35V以上

综上所述,最终选择阻抗0.08Ω以下、额定纹波电流0.4A以上、耐压35V以上的电解电容器。在该电路中,选择了开关电源用的低阻抗型、35V耐压、 470µF的电解电容器。

不仅输出电容器,实际的纹波电压、纹波电流也必须通过在应用上实际安装进行确认。

另外,电解电容器属于寿命有限的元器件产品,流过的纹波电流越多寿命越短。相关寿命由电容器厂商提供计算方法和规定,因此请向电容器厂商确认。

关键要点:

・输出电容器根据纹波电流和电容器的阻抗(满足设计的目标输出纹波电压)进行选型。

・铝电解电容器属于寿命有限的元器件,纹波电流越大寿命越短。