工作总结---BUCK电路（2）

fallen · 发表于 2014-6-20 17:17

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本帖最后由 fallen 于 2014-6-20 17:30 编辑

忙里偷闲，继续总结，希望大家都来讨论，我总结的也不一定是对的，可能还是错的

4 输出电容的计算
输出电容基本上有以下几点需要考虑的。
  （1）对纹波的影响
         输出电容对纹波的影响有两个方面，第一是纹波电流对电容的充放电会产生电压的波动。请看下图2，假定负载电流Io是恒定的（事实上并非恒定，也是波动的，只是为了方便计算），那么Ic=IL-Io，也就是说纹波电流对电容充放电会产生电压的波动，也就是纹波。根据电容的公式i=c*dv/dt，可以到dv=i*dt/c，为了求得纹波的峰峰值，需要对两边同时积分。参考图2，Io以上是对电容充电，而Io以下是对电容放电，那么纹波也就是对电容充电完成后的电压波动。所以根据积分的定义，我们可以求得Io以上的近似三角形的面积就是纹波的峰峰值。根据三角形的面积S=底x高/2，可以直接得到VPP=(1/c)*(1/2)*(di/2)*[(ton+toff)/2]，ton和toff分别是导通的时间和不导通的时间，那么VPP=di/(8*F*C)，通过这个我们可以近似的评估电容对纹波的影响。
   第二个就是电容的ESR，因为纹波电流直接和ESR作用，会导致纹波=di*ESR，所以纹波是这两个之和，我在选择电容的时候，需要充分的考虑到这些，为了可以直观一点，举个例子，比如用100nF的陶瓷电容，虽然ESR满足要求（一般都在20mR左右），但是由电容容值影响的纹波VPP=0.6/(8*340K*100nF)=2.2V，可以想象是非常之大的。相比之下10uF的电容只有22mV，这个就是为什么我们经常在DC-DC输出后接大容量的陶瓷电容的原因。再次如果纹波电流比较大，可以使用并联多个陶瓷电容来降低ESR。
   为什么我们接了100nF和大容量的电解电容，效果反而没有单独接大容量的陶瓷电容好。因为电解电容满足容量的要求缺没有满足ESR和ESL的要求，所以效果一般。
   到此，我们可以选择100nF和10uF的陶瓷电容来配合使用，但是需要注意的是这里只考虑了纹波，没有考虑动态响应。
  （2）负载动态响应的改善
      负载的动态响应，很多时候我们的负载并不是恒定的，是动态的。虽然动态的响应主要是考虑环路。但是有很多时候我们可以在输出接大容量的电解电容来改善这一情况，这个就是为什么规格书上建议需要接大容量的电解电容的原因。当负载电流突变的时候，比如从额定值降低到50%或者更小，看图2，Io减小，导致了三角形的面积的增大，VPP相应的就会增大，这个后果带来的是过冲，根据VPP=di/(8*F*C)，可以大概的衡量电容的大小。很多时候我们都是接220uF或者更大，根据测试情况与要求的过冲而定。
  （3）LC低通滤波的谐振频率
   显然，电感和电容组成的是低通滤波器，计算谐振频率远小于纹波频率也是一种方式。
到此，我们选择了常规的做法，100nF+10uF+220uF的电容，顺便说一下，陶瓷电容的耐压需要降额70%，而电解电容可以80%。