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AC/DC输入电容的快速估算方法

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boy59
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  • 2021-3-2 10:25:07
在选取AC/DC开关电源的输入电容时常用经验法或公式法。经验法受条件限制有一定的局限性,公式法的求解过程较繁琐,这里找出一种新的可以快速估算出输入电容大小的放法。

boy59
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  • 2021-3-2 10:26:05
 
1、经验法:
经验法是指当输入峰值电压为300V左右时依据1uF/W来选取输入电容,当输入峰值电压为100V左右时依据3uF/W来选取输入电容。根据后期的公式及仿真验证这里隐含了电压波动量△V≈29V这一条件。如果改变条件比如将输入电压设为20V或设为1000V再或者期望电压波动量为10V或其它,这样经验值就不知如何选了。

boy59
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  • 2021-3-2 10:28:22
 
2、公式法:
公式法参考下图
波形.jpg
                         1 输入电容波形
电容恒功放电公式为(V02-V12)/2=Pin*△t/Cin,先求出时间T0和T1得出V0、V1及△t最后就可以精确计算出电容Cin来。由于这里包含了三角函数(超越函数)所以较难整理出解析式并且手算也非常困难。
boy59
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  • 2021-3-2 10:33:05
 
3、估算法:
工程上有时不需要特别高的精度,因为器件本身的偏差量就比较大,比如有些电容自身就有20%的偏差量,所以很多时候采用近似估算法也能满足要求。
公式法经整理后发现在恒定输入波动条件下输入功率与电容的关系近似线性,见下面两图:
311V电容与功率.jpg
                 2 输入峰值311V、波动量29V,输入电容与功率的关系
100V电容与功率.jpg
               图3 输入峰值100V、波动量29V,输入电容与功率的关系
上面两张图显示了不同峰值电压下电容与功率都近似为线性关系,图中也包含了估算公式(与公式法近似重合),图2中输入峰值Vpk=311V波动电压△V=29V,100W时对应100uF电容(1uF/W),图3中输入峰值Vpk=100V波动电压△V=29V,100W对应300uF电容(3uF/W),跟经验法相符。
估算法经整理得出下面三个式子:
公式.jpg
公式(1)的表达式最简单,公式(2)在常用参数范围内做了修正如果全参数范围修正表达式会比较复杂,公式(3)引入工频项可以修正比如60Hz的设计参考。

校正公式4.jpg   估算公式(4)
boy59
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  • 2021-3-2 10:42:29
 
以输入峰值Vpk=200V波动电压△V=20V为例验证估算法的计算结果:
220V电容与功率.jpg
             图4 输入峰值200V、波动量20V,输入电容与功率的关系
在此常用参数下估算法与公式法偏差很小,此时电容与功率比为2.23uF/W与之前的经验法就不同了。
仿真.jpg
                             图5 100W仿真验证
仿真电容取223uF当输入功率为190^2/361=100W时波动电压20V与图4的结果一致。

snowblind123
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  • 2021-3-17 16:55:05
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我觉得按去耦电容的计算方法还简单一点
boy59
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  • 2021-3-18 09:40:36
  • 倒数5
 
具体怎么个算法?
snowblind123
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  • 2021-3-18 10:21:30
  • 倒数3
 
https://wenku.baidu.com/view/f936de995ff7ba0d4a7302768e9951e79a89694a.html

按去耦的思路理解,我觉得大多数普通开关电源滤波电容的设计很不合理,大多数开关电源滤波就是几百uf电解加0.1uf高频电容,输出也没有高频电容,即使用全桥半桥的,高频噪声也很大,我觉得需要大容量高频电容,如果拿线性电源给配置的有大容量高频电容的开关稳压芯片就一点高频噪声也没有,我是初学者不知道理解对不
ZHIYIyunmeng163
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  • 2021-3-2 20:32:56
 
根据你这个经验值感觉需求电容特别大啊,实际上我看到3000瓦级通信电源才一颗470uf电容。也能牛逼的使用为什么呢
zjw631114
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  • 2021-3-2 20:53:41
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很厉害呀!!!不会是470/1000v吧
bake_ql
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  • 2021-3-2 21:04:57
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你确定不是两颗吗
boy59
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  • 2021-3-3 09:14:24
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输入电容工作在工频频率下(50/60Hz)确实需要很大颗的,如果是按470/3000=0.157uF/W选电容有三种可能
1、采用了有源电容,是将大的△V限制在有源电容内部,从外部看△V很小,因为电容上的△V大所以容量可以降低。
2、提高工作频率既输入的为三相交流电,在三相交流电条件下估算公式得出的电容再减小6倍左右结果差不多
3、输入电压高(Vpk>1000V)允许波动量大(△V>50V)

这里更倾向于第二种可能,输入为三相交流电。
syb
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  • 2021-3-17 13:51:55
  • 倒数7
 
许工,感觉实际上在不断的降成本压力下,感觉这个电容的取值就是不断的降低寿命……套用江海之类厂家的电容寿命公式,再加个公司的降额规范,然后倒着计算尝试试电容参数
最后就是成本压力下,容值之类越来越小,纹波越来越大,直到实在抗不过寿命与降额规范的底线……


boy59
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  • 2021-3-18 09:45:38
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电容越小纹波越大电源工作条件越恶劣,考虑整机成本的话说不定按下葫芦浮起瓢,得不偿失
syb
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  • 2021-3-22 08:12:26
  • 倒数2
 
基本就是在红线附近触碰……
工作条件的话,反正低频纹波只靠环路……
mimeshy
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  • 2022-7-14 14:58:28
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话说为什么35W苹果双C充电器,只有了22+22+10一共54UF就能100V工作,我自己试了下这个功率直接不启动~
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