DCDC基础：输入输出电容的选择及计算

eeDesigner 2023-04-06 18243

描述

目前市面上的电容种类繁多，在为我们的电源电路选择输入输出电容的时候难免会挑花了眼。本文就来浅析一下如何选择输入输出电容及其相关的计算。如有问题，欢迎指正。

1. 电源电路常见电容分类

以下罗列了几种电源电路中常见的电容种类及其特点，以供参考。

降压变换器

2. 输入电容的选择和计算

输入和输出电容是电源电路中非常重要的两个部分。

以BUCK 电路为例 ，由于上管以一定频率的开断，故可以认为BUCK电路的输入电流是不连续的，因此需要输入电容向降压变换器提供交流电流，同时保持直流电压。

a. 电流参数计算

Buck电路中输入电容纹波电流的有效值计算公式推导过程如下：

根据上图可得：

由Vo=D*Vin和能量守恒得：

将（1-1）和（1-3）带入（1-2）得：

由有效值定义得：

所以，为了简化，选择RMS额定电流大于最大负载电流一半的输入电容器即可。

b.电压参数计算
同时，输入电容容值也会影响转换器的输入电压纹波。
由于一个周期内，电容的充电电荷量和放电电荷量必然是一样的。为了简便计算，对充电过程（上管断开时，对输入电容进行充电）进行分析，因为此时充电电流为输入电流，为Iin。
根据电荷量计算公式可得：

将（1-3）和（1-5）带入（1-4）可得到电压纹波电压计算公式：

带入之前讨论的最恶劣情况Vo=0.5Vin后，得到：

由于使用的电容都不可能为理想电容，必定会带来一些寄生参数。如果将ESR带入考虑的话，分析如下

当上管断开时，ESR上面产生的压降时恒定的，为：

当上管导通时，ESR上产生的最大压降为：

则一个周期的ESR电压纹波电压为：

已知

将（1-7）和（1-8）带入（1-6）得到由ESR带来的输入电压纹波为：

对于输入电容的种类，一般建议选择X5R、X7R陶瓷介质的MLCC。因为这一类电容成本较低，且它们的温度系数较低（-/+15%左右），即单位温度的变化对电容容值的变化影响小。再根据上述计算公式，按照对输入电压的纹波要求（一般不超过最大输入电压的10%），得到所需电容容值及其RMS额定电流。另外，在选择时还需要注意电容的耐压值必须要高于最大输入电压。

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