在boost电路的工作过程中,输入电容随着Boost电源不断的进行充电和放电,当mos打开时,电流突然增大,输入电容辅助提供电流,处于放电状态,当mos关闭时,电流突然减小为0,电容处于充电状态。
输入电容的选择也对电路的稳定有一定的影响,当输入电容容值选的过大了,会造成不必要的浪费,当输入电容容值过小时,可能会导致输入电源存在电压跌落或者电容承载的电流达不到要求,导致发热失效。
如上图,是升压电路的拓扑图,在电源输入节点,用基尔霍夫的电流定律可得I in =I Cin +I L, 我们把输入近似成稳定的电流源,那么当电感电流IL变化时Icin也会跟随电感电流一起。大致的变化曲线如下图所示。
当电容电流大于0时,电容充电,当电容电流小于0时,电容放电。并且其纹波大小和电感的一致,均为ΔI~L~~。理想的电容是不消耗能量的,如上图,电容充电时间等于电容放电时间T/2,并且充电和放电的最大电流均为1/2ΔIL~~,~那么在充电周期中电容所获得的电荷量为:~~
又由于电容上的纹波大小与电感上相等,因此:
综合上述公式可得:
其中,Vq为电容电压的变化量,f为开关频率,L为电感感值。
由于电容器并不是一个理想的元器件,因此在boost电路中电压的纹波大小不仅来源于电容充放电时的电压变化Vq,还会受到电容的寄生参数ESR的影响。电容器受本身的结构和材料影响,在电路中会一个等效串联的电阻,我们一般称为ESR。当ESR上有纹波电流流过时,ESR上必然有压降的变化。ESR的电压变化为:
那么,输入电压总的纹波大小为
由上述公式可知,在输入输出电压,开关频率,电感都已确定的情况下,若要求输入电源的纹波尽可能的小,那么我们能做的就是尽量选大容量,小ESR的电容,但在实际应用中常用的陶瓷电容ESR非常小,但容量一般都比较小,价格便宜,对于电解电容来说,容量可以做的非常大,但同样ESR也非常大,价格也比较便宜,另外一种就是钽电容,它ESR小,容量也能做到接近电解电容大小,主要的缺点就是价格贵。因此,输入电容的选择要根据实际的电路要求综合考量。
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