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整流橋后Bulk電容選取及推導過程

在AC-DC電源電路中,有時整流橋后會放置一定容量的電解電容,起到濾波及儲能的作用,我們稱之為Bulk電容,很多工程師會根據經驗按照每瓦3uF的標準去選取,那么每瓦3uF的標準從何而來,本篇將推導其計算過程,并介紹Bulk電容如何選取。

輸入電壓與輸入電流的示意圖如下,我們可以看到,輸入電流只有在tc時間段內才存在,其余時間段電流為零,因此電壓與電流的相位差很大,所以這種電路的特點是低功率因數,以上是一些題外話。Cbulk兩端電壓紋波率原則上越小越好,但是對應的是電容成本的上升,所以性能與成本需要折中考慮,一般紋波率最大取20-30%,假設我們取20%,即:

圖片來源于網絡

在td時間段內電容放電,同時輸入電流為零,因此輸入功率為零,根據能量守恒:

接下來計算td時長:

聯立公式一、二、三即可得出關于Cbulk的等式:

由上式可知影響Cbulk取值的參數有Pout,Vmin,Vpeak,Fline,假設:

3uF/W就是這么來的,但是需要注意:并不是任何輸入電壓都適用這個經驗值,還是要根據上述的公式來計算。

電解電容的選取需要關注三個關鍵參數,1.容量,2.耐壓,3.耐電流。容量在上述公式已經計算出,耐壓需要大于1.1*Vpeak即可,接下來將計算其電流有效值:

輸入電流波形可以視為三角波,因此在tc階段Iin與t之間呈一次函數:

充放電后電解電容兩端的電壓不變,由電荷守恒可知,流經輸入端的電荷等于流經輸出端的電荷:

計算電容電流有效值時分為兩個階段,tc階段與其他階段(T-tc):

  1. tc階段,由Iin(t)一次函數可得:
  2. 其他階段:

因此根據根據發熱量與電流的關系式可得:

以上計算出電容的有效值電流再與規格書中的標稱電流與頻率系數作對比,即可確認型號。

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