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开关电源电容ESR

来源:admin      发布时间:2019-06-17     
       开关电源都需要在输出加一个电容,将切换电路投递过来的断续能量 平滑成稳定的线性输出,这个电容的重要性不言而喻。 
  
  一个非理想因素就是所有的电容都有等效串联电阻(ESR),这个电阻会 导致一系列问题。 
  

  电容稳压的原理就是当VO电压上升时,吸入电流,将能量存储于电容,当 VO电压下降时,吐出电流,释放能量。这个过程中,电流始终流过ESR。


  
  ESR导致的纹波
  

  ESR是输出高频电压纹波的罪魁祸首,当电容储能和释能时,电流方 向相反,因此输出在VO=VC+VESR,和VO=VC+VESR之间切换,ESR越 大,纹波电压越大。



  
  电解电容ESR的危害
  
  为了降低成本,通常输出电容会使用偏移的电解电容,但是电解电容 的ESR是较高的。 
  
  ESR大小:电解电容 > 钽电容 > 陶瓷电容。 
  
  对于电解电容来说,高纹波电压倒在其次,要命的是ESR会导致电容 发热,电流越大,发热越厉害,发热越厉害,电解电容的电解液蒸发 得越快,随着电解液的蒸发,ESR加大,发热更高,陷入恶性循环。
  
  电解电容本身就寿命不高,是电源系统中寿命最短的器件,由于ESR导致 的发热,会加快电解电容报废,所以开关电源随着时间的推移,纹波电压 会越来越大。
  
  解决ESR的问题
  
  解决方法是降低ESR阻值或降低流过ESR的电流,降低流过ESR的电流 比较麻烦,比较简单的方法是降低ESR阻值。
  
  可以采用低ESR的电解电容替代普通电容,或者用多个电容并联来替代单 个电容。
  
  多个电容并联的方法缺点是占用大量的空间,在小体积电源中应用受限, 所以有时会用陶瓷和电解电容并联的方法,甚至用一种多层陶瓷电容替代 多个陶瓷电容。

  


  动态
  
  动态响应
  
  通常动态响应特指电源的输入,负载阶跃变化所导致的输出被扰动后 恢复正常的过程。 
  
  AC电源的输入为不间断交流,一般不关心输入的阶跃变化,动态响应通常 仅限于描述负载在一定范围内变化时的响应。
  
  通常定义空载为0%,满载为100%,然后用负载在某2个百分比之间的 切换来定义负载变化。 
  
  常用的负载变化有0-100,10-90,20-80,25-75,取决于应用,对于充电器这类 需要热插拔的应用,最大的变化在0-100。
  
  动态响应的指标
  
  动态响应一般有2个指标,一个叫过冲幅度,另一个叫稳定时间。 
  
  过冲幅度定义为输出偏离稳定值的幅度,有上冲和下冲。 
  

  稳定时间是负载开始变化到输出达到能接受的范围内的实际。



  
  动态响应和阶跃响应
  
  阶跃响应,指的是输入阶跃,输出跟着阶跃,也就是说输出要尽快的 变到目标值,而动态响应指的是负载阶跃,输出要尽快的稳定下来。 这两者在形式上不同,但本质是相同的。
  
  以恒压输出为例,当负载突变时,为了维持电压恒定,需要调整电流,电 流调整的过程,通过负载就会表现出电压的波动,所以,负载的动态响应, 其本质就是负载-输出电流这个传递函数的阶跃响应。
  
  
  
  将Load视为输入,IOUT和VOUT视为输出。
  
  将Load视为输入后,REF就是固定值,整个系统的传递函数变为Load-IOUT 的传递函数。 
  

  对于负载非阻性的应用,比如电池等,也将其模拟为电阻。


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