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模块电源保持电容计算方式

作者:广州市爱浦电子来源:原创 日期:2017年11月22日 09:36
摘要
        保持电容的容量可依据输出直流电压的纹波、电源中断后保持时同和过渡时间计算确定,如图1所示。许多应用中,输入电压中断一定时间时,要求电源保持正常输出,也就是说,变换器必须安全渡过故障期并保证输出电压不变。同样,许多系统需要电源提供故障预警信号,以实现安全关机。
电容存储的能量与两端电压的关系如下:
ε=1/2(CU^2)
式中,ε=存储的能量,U=电容两端的电压。通过电容向变换器供电时,电容消耗的能量=(功率-时间之积)。
ε=PΔt=C(U1^2-U2^2)/2
式中,P=功率,Δt=电容放电时间,U1=Δt始点电容的电压,U2=Δt末点电容的电压。
变换这个等式。可计算出电容的容量:
C = 2PΔt/(U1^2-U2^2)
根据定义、保持时间是从电源告警(BOK)到变换器关闭的时间。电源正常和变换器使能的门限值
分别是205V和185V,因而:
C = 2PΔt/(205^2-185^2)
C = 2PΔt/ (7800)
应当注意,实际应用电路中,保持电容C1、C2串联,所以每只电容的容量应是以下计算值的两倍,但额定电压可降低至200V。保持时间、输出功率和总串联电容量的关系如图2-13所示。
根据允许的直流电压纹波(或电容的纹波电流)可确定电容的要求。还应考虑变换器的纹波抑制和输出的纹波电压,Vicor变换器的纹波抑制(R)和输入、输出电压的关系如下:
R=30+201g(Uin/Uout)
例如,300V输入、15V输出变换器的纹波抑制是56dB,葑输入纹波电压为10Vp- p,则输出纵波为15mVp- p。用上述公式可计算出所需的电容值。这里,U1和U2分别是纹波的峰顶和谷底的瞬间电压对应整流电压的峰峰值,时间变化Δt如下式,在此时间内,电容必须保持合适的直流电压。
Δt=(π-θ)/2πf
式中,f为输入交流电压频率,θ为整流器导通角,导通角arccosU2/U1。
选择保持电容时,还需考虑额定纹波电流,电容的额定纹波电流必须高干最大工作纹波电流,工作纹波电流(ms)大致等于:
IRMS=2P/UAC
式中,P为工作功率,UAC为输入交流电压。
例如,负载电压为12V,负载所需功率为320W。假设变换器的效率为85%,则ARM的输出功率为375W,输入交流电压的范围是90~264V,要求保持时间是9ms.
已知保持时间和输出功率,按图2,输出总电容最小值应是820产F.因为两个电容串联,所以每个电容的最小值应是1640μF,应当注意,保持时间不依赖于输入电压。
计算过渡时间
        过渡时间与输人电压、输出功率的关系如图3所示。输入电压为90V,过渡时间为68ms.
应当说明,过渡时间是依赖于输入电压的。
计算保持电容的纹波电压
        纹波电压与输出功率的关系如图4所示,保持电容两端的纹波电压应是12V。
计算DC-DC变换器的输出纹波
纹波抑制与变换器输出电压的关系如图5。12V输出电压的变换器的纹波抑制约为60dB。因为直流电压的纹波是12V、因此由输入造成的变换器输出纹波(120Hz)应是12mVp-p。应  当注意,新一代变换器的纹波抑制都大于Vl-200系列及VI-J00系列变换器。
  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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