DCDC基礎(chǔ)：輸入輸出電容的選擇及計(jì)算

目前市面上的電容種類繁多，在為我們的電源電路選擇輸入輸出電容的時(shí)候難免會(huì)挑花了眼。本文就來淺析一下如何選擇輸入輸出電容及其相關(guān)的計(jì)算。如有問題，歡迎指正。

1. 電源電路常見電容分類

以下羅列了幾種電源電路中常見的電容種類及其特點(diǎn)，以供參考。

2. 輸入電容的選擇和計(jì)算

輸入和輸出電容是電源電路中非常重要的兩個(gè)部分。

以BUCK 電路為例 ，由于上管以一定頻率的開斷，故可以認(rèn)為BUCK電路的輸入電流是不連續(xù)的，因此需要輸入電容向降壓變換器提供交流電流，同時(shí)保持直流電壓。

a. 電流參數(shù)計(jì)算

Buck電路中輸入電容紋波電流的有效值計(jì)算公式推導(dǎo)過程如下：

根據(jù)上圖可得：

由Vo=D*Vin和能量守恒得：

將（1-1）和（1-3）帶入（1-2）得：

由有效值定義得：

所以，為了簡化，選擇RMS額定電流大于最大負(fù)載電流一半的輸入電容器即可。

b.電壓參數(shù)計(jì)算
同時(shí)，輸入電容容值也會(huì)影響轉(zhuǎn)換器的輸入電壓紋波。
由于一個(gè)周期內(nèi)，電容的充電電荷量和放電電荷量必然是一樣的。為了簡便計(jì)算，對(duì)充電過程（上管斷開時(shí)，對(duì)輸入電容進(jìn)行充電）進(jìn)行分析，因?yàn)榇藭r(shí)充電電流為輸入電流，為Iin。
根據(jù)電荷量計(jì)算公式可得：

將（1-3）和（1-5）帶入（1-4）可得到電壓紋波電壓計(jì)算公式：

帶入之前討論的最惡劣情況Vo=0.5Vin后，得到：

由于使用的電容都不可能為理想電容，必定會(huì)帶來一些寄生參數(shù)。如果將ESR帶入考慮的話，分析如下

當(dāng)上管斷開時(shí)，ESR上面產(chǎn)生的壓降時(shí)恒定的，為：

當(dāng)上管導(dǎo)通時(shí)，ESR上產(chǎn)生的最大壓降為：

則一個(gè)周期的ESR電壓紋波電壓為：

已知

將（1-7）和（1-8）帶入（1-6）得到由ESR帶來的輸入電壓紋波為：

對(duì)于輸入電容的種類，一般建議選擇X5R、X7R陶瓷介質(zhì)的MLCC。因?yàn)檫@一類電容成本較低，且它們的溫度系數(shù)較低（-/+15%左右），即單位溫度的變化對(duì)電容容值的變化影響小。再根據(jù)上述計(jì)算公式，按照對(duì)輸入電壓的紋波要求（一般不超過最大輸入電壓的10%），得到所需電容容值及其RMS額定電流。另外，在選擇時(shí)還需要注意電容的耐壓值必須要高于最大輸入電壓。