继续电容,开关电源中的滤波电容
电路一点通 2025-04-14

电容除了储能应用之外,大部分应用时滤波。大量的滤波电容有钽电容和铝电解电容两种,其中钽电容性能更好,价格也更贵。两种电容的主要差别就是ESR不同。钽电容的ESR要小得多。电容端毛刺电压产生的原因,就是电容的等效ESR。电容吞吐电流,来保持自身端电压的稳定,但是吞吐的电流会在ESR上产生压降,于是形成了电压纹波,甚至电压毛刺。


钽电容

相同容量的钽电容的ESR要远小于铝电解电容,所以同容量钽电容滤波的纹波电压要远小于铝电解电容。这就是很多时候,我们把1uF的钽电容的滤波效果等效为10uF的铝电解电容。实际电路中并联不同种类的电容,可以实现全频率范围内的滤波,多个电容并联滤波,原则上相差至少10倍,一般100倍。

铝电解电容

开关电源是一种电压转换装置,有升压型电路,降压型电路和升降压型电路,在这个电子电路领域是非常重要,非常常见的设备。但是今天我们不多说关于开关电源的理论和应用,后续我们会系统的把他搞清楚,这次的重点是关注电容,看看开关电源中的滤波电容的作用,有没有滤波电容开关电源的输出会有什么不同。

例子:有一个降压型开关电源,输入电压20V,输出电压10V,负载电流2A,开关频率是200KHz。根据应用条件和开关电源的理论知识,我们就能设计出下面这样的电路(如何设计,占空比,电感量,电流纹波系数这些我们后面会慢慢讲到)公众号@电路一点通

一个简化到不能再简化的原理图

先看看有4uf电容的输出电压的结果,其中红色为输入占空比为0.5的方波,输出稳定后为10V。纹波大约为10.2-9.8=0.4V。

如果把电容断开:

仿真结果为下图蓝色曲线,稳定后的纹波大概是12-8=4V,基本上在大部分场合这个开关电源已经不能应用了,一个电容就可以把电源的纹波大大降低。

在实际应用中,每一个开关电源附近都有大量的电容,这些电容起到滤波作用,就是为了降低电源的纹波和噪声。电容数量和取值的分布是一个很好玩的设计。我们以后就会慢慢涉及到。


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