模塊電源保持電容計(jì)算方式

摘要

保持電容的容量可依據(jù)輸出直流電壓的紋波、電源中斷后保持時(shí)間和過(guò)渡時(shí)間計(jì)算確定，如圖1所示。許多應(yīng)用中，輸入電壓中斷一定時(shí)間時(shí)，要求電源保持正常輸出，也就是說(shuō)，變換器必須安全渡過(guò)故障期并保證輸出電壓不變。同樣，許多系統(tǒng)需要電源提供故障預(yù)警信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)安全關(guān)機(jī)。

電容存儲(chǔ)的能量與兩端電壓的關(guān)系如下：

ε=1/2（CU^2）

式中，ε=存儲(chǔ)的能量，U=電容兩端的電壓。通過(guò)電容向變換器供電時(shí)，電容消耗的能量=(功率-時(shí)間之積)。

ε=PΔt=C(U1^2-U2^2)/2

式中,P=功率，Δt=電容放電時(shí)間，U1=Δt始點(diǎn)電容的電壓，U2=Δt末點(diǎn)電容的電壓。

變換這個(gè)等式。可計(jì)算出電容的容量：

C = 2PΔt/(U1^2-U2^2)

根據(jù)定義、保持時(shí)間是從電源告警(BOK)到變換器關(guān)閉的時(shí)間。電源正常和變換器使能的門(mén)限值

分別是205V和185V,因而:

C = 2PΔt/(205^2-185^2)

C = 2PΔt/ (7800)

應(yīng)當(dāng)注意，實(shí)際應(yīng)用電路中，保持電容C1、C2串聯(lián)，所以每只電容的容量應(yīng)是以下計(jì)算值的兩倍，但額定電壓可降低至200V。保持時(shí)間、輸出功率和總串聯(lián)電容量的關(guān)系如圖2-13所示。

根據(jù)允許的直流電壓紋波(或電容的紋波電流)可確定電容的要求。還應(yīng)考慮變換器的紋波抑制和輸出的紋波電壓，Vicor變換器的紋波抑制（R）和輸入、輸出電壓的關(guān)系如下：

R=30+201g(Uin/Uout)

例如，300V輸入、15V輸出變換器的紋波抑制是56dB，葑輸入紋波電壓為10Vp- p,則輸出縱波為15mVp- p。用上述公式可計(jì)算出所需的電容值。這里，U1和U2分別是紋波的峰頂和谷底的瞬間電壓對(duì)應(yīng)整流電壓的峰峰值，時(shí)間變化Δt如下式，在此時(shí)間內(nèi)，電容必須保持合適的直流電壓。

Δt=(π-θ)/2πf

式中，f為輸入交流電壓頻率，θ為整流器導(dǎo)通角，導(dǎo)通角arccosU2/U1。

選擇保持電容時(shí)，還需考慮額定紋波電流，電容的額定紋波電流必須高干最大工作紋波電流，工作紋波電流(ms)大致等于：

IRMS=2P/UAC

式中，P為工作功率，UAC為輸入交流電壓。

例如，負(fù)載電壓為12V,負(fù)載所需功率為320W。假設(shè)變換器的效率為85%，則ARM的輸出功率為375W,輸入交流電壓的范圍是90～264V,要求保持時(shí)間是9ms.

已知保持時(shí)間和輸出功率，按圖2,輸出總電容最小值應(yīng)是820μF.因?yàn)閮蓚€(gè)電容串聯(lián)，所以每個(gè)電容的最小值應(yīng)是1640μF,應(yīng)當(dāng)注意，保持時(shí)間不依賴(lài)于輸入電壓。

計(jì)算過(guò)渡時(shí)間

過(guò)渡時(shí)間與輸人電壓、輸出功率的關(guān)系如圖3所示。輸入電壓為90V,過(guò)渡時(shí)間為68ms.

應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，過(guò)渡時(shí)間是依賴(lài)于輸入電壓的。

計(jì)算保持電容的紋波電壓

紋波電壓與輸出功率的關(guān)系如圖4所示，保持電容兩端的紋波電壓應(yīng)是12V。

計(jì)算DC-DC變換器的輸出紋波

紋波抑制與變換器輸出電壓的關(guān)系如圖5。12V輸出電壓的變換器的紋波抑制約為60dB。因?yàn)橹绷麟妷旱募y波是12V、因此由輸入造成的變換器輸出紋波(120Hz)應(yīng)是12mVp-p。應(yīng) 當(dāng)注意,新一代變換器的紋波抑制都大于Vl-200系列及VI-J00系列變換器。