电源适配器滤波电解电容器的性能

       输出滤波电解电容器的性能直接影响电源适配器的性能,那么电源适配器的电路拓扑和电路设计的合理性是否反过来也影响输出滤波电容器的工作和寿命?结论是肯定的｡通常电源适配器的主回路的电路拓扑主要有反激式(包括电流连续与电流断续)､单管正激(包括双管箝位和有源箝位)､半桥与全桥､推挽电路拓扑｡除反激式电路拓扑外,其他形式的电路拓扑都可以在主开关管导通期间使输入的电能直接向输出提供｡如果开关管的导通占空比为100%,那么输出滤波电容器上就没有纹波电流,输出滤波电容器也没有存在的意义｡同时输出滤波电感如果为无穷大,则输出滤波电容器上也没有纹波电流,那么选择什么样的滤波电容也就无所谓｡实际上为了稳定输出电压开关管的导通占空比不可能工作在100%,而且输出滤波电感的电感量也不可能达到无穷大因此输出滤波电容器上还有纹波电流,降压型变换器的输出滤波电感电流和输出滤波电容器电流波形如图8-11所示｡

这时纹波电流的大小主要看输出滤波电感对电流的平滑作用如何｡如果输出电流在20%负载仍能连续则输出滤波电容器仅承担输出电流的40%峰峰值纹波电流,如纹波电流近似为三角波时,其有效值为

式中lrms—输出滤波电容器的有效值电流;

      Ip-p—峰-峰值电流;

         lo—输出电流平均值｡

可以得出当负载电流在20%､10%额定电流时为电流临界连续状态,则流过输出滤波电容器的有效值电流为额定输出电流的18.26%､9.13%｡应该说相对输出电流而言,这个电流是比较小的,对输出滤波电容器的影响并不很大｡

如果是反激式电源适配器,情况将完全不同了,因为所有的输出电流为电感(隔离型的为“变压器”)提供,而电感电流的波动均需要输出滤波电容器来滤除,如图8-12所示｡

图8-12不同电流工作模式下的滤波电感､电容电流波形

        当电流连续状态下的流过滤波电容器的有效值电流为输出电流平均值的较小比值(电感为无穷大时)见表8-4,而电流断续时流过滤波电容的电流有效值为输出电流平均值的比值见表8-5｡输出电感不是无穷大但是电流连续状态下的流过滤波电容器的有效值电流为输出电流平均值的比值介于两表给出的数值之间｡从两个表中可以看到,反激式电源适配器流过输出滤波电容器的有效值电流至少为正激式电源适配器的4~18倍｡输出滤波电容器的电容量通常需要比正激式的电源适配器大3-5倍｡

        表电流连续状态下的滤波电容器电流有效值/输出电流平均值比与占空比的关系

       表电流断续状态下的滤波电容器电流有效值/输出电流平均值比与占空比的关系

      可见反激式电源适配器的输出滤波电容器承受的纹波电流较大｡因此在设计时应充分考虑这一问题,通常的解决办法是增加输出滤波电容器的电容并联的个数｡如果受体积的限制则应尽量需要选择极低ESR的滤波电容器｡所以,从尽可能减小输出滤波电容器的纹波电流角度出发,在可能的情况下尽量选用正激式电源适配器的电路拓扑为好｡

      电路不合理或滤波电容器选用不合理都会造成整机的问题,较大的问题就是整机使用寿命短｡如某一品牌电源适配器曾遇到输出滤波电容器寿命短的问题困扰向作者咨询问题所在,作者通过实际测试发现的问题是电路设计不合理,输出整流器的工作占空比太小(如占空比02与05相比纹波电流大一倍,如果是01就是3倍关系)｡

      同样,在输出滤波电容器的纹波电流问题上,升压式电源适配器(boot)也存在类似于反激式电源适配器的纹波电流大的问题｡

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