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開關電源電容ESR

2026年01月10日 12:50:58      來源:武漢晶凱源科技有限公司 >> 進入該公司展臺      閱讀量:1

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開關電源都需要在輸出加一個電容,將切換電路投遞過來的斷續能量 平滑成穩定的線性輸出,這個電容的重要性不言而喻。
  
  一個非理想因素就是所有的電容都有等效串聯電阻(ESR),這個電阻會 導致一系列問題。
  

  電容穩壓的原理就是當VO電壓上升時,吸入電流,將能量存儲于電容,當 VO電壓下降時,吐出電流,釋放能量。這個過程中,電流始終流過ESR。


  
  ESR導致的紋波
  

  ESR是輸出高頻電壓紋波的罪魁禍首,當電容儲能和釋能時,電流方 向相反,因此輸出在VO=VC+VESR,和VO=VC+VESR之間切換,ESR越 大,紋波電壓越大。



  
  電解電容ESR的危害
  
  為了降低成本,通常輸出電容會使用偏移的電解電容,但是電解電容 的ESR是較高的。
  
  ESR大小:電解電容 > 鉭電容 > 陶瓷電容。
  
  對于電解電容來說,高紋波電壓倒在其次,要命的是ESR會導致電容 發熱,電流越大,發熱越厲害,發熱越厲害,電解電容的電解液蒸發 得越快,隨著電解液的蒸發,ESR加大,發熱更高,陷入惡性循環。
  
  電解電容本身就壽命不高,是電源系統中壽命最短的器件,由于ESR導致 的發熱,會加快電解電容報廢,所以開關電源隨著時間的推移,紋波電壓 會越來越大。
  
  解決ESR的問題
  
  解決方法是降低ESR阻值或降低流過ESR的電流,降低流過ESR的電流 比較麻煩,比較簡單的方法是降低ESR阻值。
  
  可以采用低ESR的電解電容替代普通電容,或者用多個電容并聯來替代單 個電容。
  
  多個電容并聯的方法缺點是占用大量的空間,在小體積電源中應用受限, 所以有時會用陶瓷和電解電容并聯的方法,甚至用一種多層陶瓷電容替代 多個陶瓷電容。

  


  動態
  
  動態響應
  
  通常動態響應特指電源的輸入,負載階躍變化所導致的輸出被擾動后 恢復正常的過程。
  
  AC電源的輸入為不間斷交流,一般不關心輸入的階躍變化,動態響應通常 于描述負載在一定范圍內變化時的響應。
  
  通常定義空載為0%,滿載為99%,然后用負載在某2個百分比之間的 切換來定義負載變化。
  
  常用的負載變化有0-100,10-90,20-80,25-75,取決于應用,對于充電器這類 需要熱插拔的應用,的變化在0-100。
  
  動態響應的指標
  
  動態響應一般有2個指標,一個叫過沖幅度,另一個叫穩定時間。
  
  過沖幅度定義為輸出偏離穩定值的幅度,有上沖和下沖。
  

  穩定時間是負載開始變化到輸出達到能接受的范圍內的實際。



  
  動態響應和階躍響應
  
  階躍響應,指的是輸入階躍,輸出跟著階躍,也就是說輸出要盡快的 變到目標值,而動態響應指的是負載階躍,輸出要盡快的穩定下來。 這兩者在形式上不同,但本質是相同的。
  
  以恒壓輸出為例,當負載突變時,為了維持電壓恒定,需要調整電流,電 流調整的過程,通過負載就會表現出電壓的波動,所以,負載的動態響應, 其本質就是負載-輸出電流這個傳遞函數的階躍響應。
  
  
  
  將Load視為輸入,IOUT和VOUT視為輸出。
  
  將Load視為輸入后,REF就是固定值,整個系統的傳遞函數變為Load-IOUT 的傳遞函數。
  

  對于負載非阻性的應用,比如電池等,也將其模擬為電阻。


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