【经验】开关电源直流侧电流纹波估算与电解电容选型
开关电源直流侧往往需放置电容来滤波，以减少开关电源谐波对前级直流侧（电池、母线等）产生影响。电解电容手册中一般会给出额定纹波电流值（Rated ripple current）。若选择的电容额定纹波电流值过大，则会造成成本甚至体积浪费；而选择过小会造成电容无法承受而损坏。在实际项目中我们往往无法精确获得直流侧阻抗信息以供精密计算，因此需要进行一些估算，帮助我们选择适当的电容额定纹波电流值。
本文以一Buck-Boost电路为例分享如何根据电路进行纹波估算从而合理选型。本文所选电容为世强代理厂牌Nippon Chemi-Con（俗称“黑金刚”）的一款高纹波铝电解电容EKZN800ELL820MH20D。主电路如下图所示。
图1 主电路图
工作中直流侧电流与流经Q1的电流i相同，它随着Q1的导通、关断而变化。i波形如下图所示。
图2 i波形图
在实际考虑问题时，上图可简化看做方波电流源。
图3 i简化波形图
因此，主电路直流侧可按如下电路图建模分析。
图4 主电路直流侧建模
到这里，我们可以按照直流侧等效阻抗(jwL+R)和直流侧滤波电容1/jwC分流来分析，但我们无从得知直流侧具体的阻抗。所以这里我们做第二个简化——假设方波电流中所有交流量都由电容吸收，而只有直流分量流经直流侧。
于是我们可以进行如下计算。（本电路额定功率为250W。左侧为48V直流母线，右侧为电池40V~58V。记Q1占空比为D）
方波幅值
有效值为
假设电流中所有交流量都由电容吸收，则
故电容上各次谐波分量总有效值为
故D取最小值0.83时，电容纹波有效值最大，为2.33A。故每个电容上纹波电流为1.16A。
考虑到实际上不会全部纹波电流都由电容吸收，所以所选Nippon Chemi-Con的EKZN800ELL820MH20D铝电解电容的抗纹波能力1.04A是满足的。
若仍有担心，可再放一颗薄膜电容，如图1中C8，薄膜电容具有很好的吸收高频能力。以下是实验中电感电流5A（额定功率下运行）测得的直流侧电流纹波为880mA。有兴趣的话还可以根据电感电流纹波和直流侧纹波反推出电容吸收的纹波，并且可以推出直流侧的阻抗信息。
图5 实验波形图
- |
- +1 赞 0
- 收藏
- 评论 0
本文由顺流而上提供，版权归世强硬创平台所有，非经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，授权转载时须注明“来源：世强硬创平台”。
相关推荐
【经验】开关电源输入电容的容值及直流电压计算方法
为了方便大家能更好地理解电容，本文给大家详细讲解开关电源的输入电容的容值和直流电压的算法。关于电源输入电压的铝电解电容，世强代理的NIPPON CHEMI-CON(黑金刚)有丰富的型号选择（PAG系列，KXL系列，KXJ系列等）
【经验】小型基站电源芯片开关频率异常，低ESR铝电解电容器替代普通钽电容保证电源管理IC电路稳定
电源供电电路中使用了高ESR钽电容导致滤波环路没有满足设计要求，最终导致电源芯片输出端开关频率异常。 使用超低ESR的黑金刚APXS6R3ARA221MF61G电容产品，频率异常问题解决了，同时该系列产品长寿命特性也为我们产品长期可靠运行提供的保障。
【经验】不同环境温度下，黑金刚铝电解电容使用寿命估算方法
对于出厂检验合格的电解电容，产品合规使用过程中的故障率是很低的，这一安全使用过程也可称为电解电容的寿命。影响电解电容使用寿命的主要因素是环境温度，工作电压和纹波电流，过高的环境温度会引起自身发热，电解液蒸发，氧化膜损坏等，使容量减少、漏电流増大，使电容达不到额定规格。高的工作电压和纹波电流同样会使电容发热，产生同样的后果，使电容寿命下降。本问介绍不同环境温度下黑金刚铝电解电容的寿命估算方法。
黑金刚铝电解电容选型表
提供黑金刚（Nippon Chemi-Con）铝电解电容产品选型。安装方式分为贴片型（SMD），引线型（Radial lead），基板自立型（牛角电容）；常规品范围在-55℃~105℃，1000小时~20000小时寿命保证，额定电压范围在4V～600V；尺寸范围最小规格：贴片型电容4mm*5.2mm，容量范围从1uF~120000uF。
|
产品型号
|
品类
|
系列
|
直径(mm)
|
长度(mm)
|
引脚类型
|
电压(V)
|
容值(uF)
|
电容容差
|
最小工作温度(℃)
|
最大工作温度(℃)
|
MOQ/SPQ(pcs)
|
|
EKHE401VSN241MQ25Z
|
牛角型铝电解电容器
|
KHE Series
|
25.4mm
|
25mm
|
Snap-in
|
400V
|
240uF
|
±20%(M)
|
-40℃
|
105℃
|
200
|
选型表 - Nippon Chemi-Con 立即选型
KHX 系列基板自立型 铝电解电容器
KHX系列基板自立型铝电解电容器，具备高容量、高纹波特性，尺寸小型化。产品适用于太阳能发电、通用变频器等，耐久性达105℃ 3000小时。与传统KMS系列相比，KHX系列在容量、纹波电流和尺寸上均有优势，有助于减少机器部件数量，实现小型化、低背化和轻量化。
NIPPON CHEMI-CON - 基板自立型 铝电解电容器,KHX,KHX 系列,开关电源,服务器电源,太阳能发电用功率调节器,直流母线,通用变频器
【产品】大容量卡扣式铝电解电容器系列，容值范围100~3300μF
KMR系列是NIPPON CHEMI-CON公司推出的一系列卡扣式铝电解电容器，额定电压为160~450Vdc，主要适用于开关电源，逆变器控制等应用场合。
【应用】黑金刚铝电解电容EKXG451ELL820MMP1S在工业级嵌入式AC-DC电源模块应用
工业级嵌入式AC-DC电源模块专用电源的项目原型设计之初，开关变压器有鸣音(啸叫)，人耳朵可以听到声音20HZ-20kHz范围, 除了交流输入电流的噪声峰峰值纹波抑制会引起变压器振荡，黑金刚出品的KXG系列工业级铝电解电容，采用耐溶剂性铝塑密封外形封装工艺，避免铝壳应振动剧变引起的溶胀、溶漏解、龟裂异常和形变。低纹波值长寿命特点，非常适用于工业级伺服器嵌入式AC-DC电源模块专用。
PNA 系列贴片型导电性高分子固体铝电解电容器
该资料介绍了Nippon Chemi-Con公司推出的新型PNA系列导电性高分子固体铝电解电容器。该系列电容器具有超低ESR、长寿命等特点，适用于高温环境，电压范围在2.5Vdc至16Vdc之间，静电容量从100uF至560uF不等。PNA系列电容器在耐久性、高温性能和寿命方面优于传统PXT系列，适用于电源输出端、通信基站等应用场景。
NIPPON CHEMI-CON - 贴片型导电性高分子固体铝电解电容器,PNA,PNA 系列,开关电源,通信基站
【产品】引线型铝电解电容器KZN系列， 寿命可达长10000H，电容可达22000μF
NIPPON CHEMI-CON （黑金刚）推出的KZN系列引线型铝电解电容器是一款小尺寸的电容器，大小Φ5×11L～Φ18×40L，105℃温度下标准寿命可达6000~10000小时，主要用于开关电源、通信电源等领域。
KHV 系列基板自立型 铝电解电容器
该资料介绍了KHV系列基板自立型铝电解电容器。产品特点包括高容量、高纹波性能，尺寸小型化，适用于太阳能发电、通用变频器等应用。与KMR系列相比，KHV系列在相同尺寸下提供更大的容量和纹波电流，同时实现小型化。资料还详细介绍了KHV系列的技术优势，如采用新技术的阴极箔，提高了合成容量。此外，还提供了KHV系列与KMR系列在容量、纹波电流和尺寸等方面的比较数据。
NIPPON CHEMI-CON - 基板自立型 铝电解电容器,KHV,KHV 系列,开关电源,服务器电源,太阳能发电用功率调节器,直流母线,通用变频器
请问黑金刚铝电解电容EMVH100ARA101MF80G中的损失角正切值，这个参数是什么意思？
黑金刚铝电解电容的损失角正切值就是电容的电损耗比例，电容在外施交流电压的作用下，除了会输出一定容量的无功功率Q之外，在电容的内部介质中、在电容的极板（铝箔）中、引线等 导体中，都会产生一定的有功损耗功率P。通常把电容的有功功率P与无功功率Q的比值称做为该电容的损耗角正切，并用下式表示： tanδ=P/Q，式中tanδ就是电容的损耗角正切（%）。
LHX 系列基板自立型 铝电解电容器
该资料介绍了Nippon Chemi-Con公司新推出的LHX系列基板自立型铝电解电容器。该系列电容器具有高容量、高纹波特性，尺寸小型化，适用于太阳能发电、通用变频器等领域。与LXS系列相比，LHX系列在相同尺寸下容量更大，纹波电流更高，尺寸更小，具有长寿命和耐高温等特点。资料还详细介绍了LHX系列的技术优势、应用场景和性能比较。
NIPPON CHEMI-CON - 铝电解电容器,基板自立型 铝电解电容器,LHX,LHX 系列,开关电源,服务器电源,太阳能发电用功率调节器,直流母线,通用变频器
开关电源对铝电解电容器性能的基本要求
众所周知，开关电源是当今信息家电的主要电源，为电子设备小型轻便化做出不可磨灭的贡献。开关电源不断的小型化，轻量化和高效率，在电子设备中使用量越来越大，普及率越来越高。相应的就要求电解电容器小型化大容量话，耐纹波电流，高频低阻抗化，高温度长寿命化和更适应高密度组装。
LHU 系列基板自立型 铝电解电容器
LHU系列基板自立型铝电解电容器，具有长寿命和大容量特点。产品采用新技术阴极箔，实现小型化、高容量化和高纹波化。与LHS系列相比，LHU系列在相同容量下尺寸更小，相同尺寸下容量更大，纹波电流更大。新增400V、420V、450V品，以及65L至80L尺寸（仅限Φ30、Φ35）。
NIPPON CHEMI-CON - 铝电解电容器,基板自立型 铝电解电容器,LHU,LHU 系列,开关电源,服务器电源,太阳能发电用功率调节器,直流母线,通用变频器
LHX系列大容量铝电解电容器长寿命插入式，105℃
本资料介绍了LHX系列大容量铝电解电容器，包括其特性、规格、尺寸和编号系统。这些电容器具有高电容和纹波电流，适用于开关电源设备和逆变器。
NIPPON CHEMI-CON - LARGE CAPACITANCE ALUMINUM ELECTROLYTIC CAPACITORS,大容量铝电解电容器,ELHX351VSN461MA25S,ELHX3H1VSN132MA55S,ELHX401VSN591MQ55S,ELHX401VSN921MR60S,ELHX401VSN741MR50S,ELHX351VSN601MA30S,ELHX351VSN281MP35S,ELHX401VSN561MR40S,ELHX3H1VSN291MQ30S,ELHX3H1VSN701MQ60S,ELHX401VSN411MA25S,ELHX3H1VSN631MQ55S,ELHX351VSN891MA40S,ELHX□□□VSN□□□M□□□S,ELHX401VSN471MP60S,ELHX351VSN591MR35S,ELHX401VSN671MA35S,ELHX3H1VSN601MR40S,ELHX401VSN391MA25S,ELHX351VSN481MR30S,ELHX351VSN1B2MR60S,ELHX3H1VSN501MQ45S,ELHX3H1VSN261MP35S,ELHX3H1VSN451MR30S,ELHX3H1VSN401MP50S,ELHX351VSN631MA30S,ELHX401VSN931MA45S,ELHX401VSN471MR35S,ELHX401VSN421MP55S,ELHX351VSN1C2MA50S,ELHX3H1VSN721MA35S,ELHX401VSN271MQ30S,ELHX401VSN291MR25S,ELHX401VSN771MA40S,ELHX351VSN741MA35S,ELHX351VSN931MA40S,ELHX3H1VSN211MP30S,ELHX3H1VSN351MR25S,ELHX401VSN541MA30S,ELHX351VSN331MR25S,ELHX3H1VSN451MP55S,ELHX401VSN461MQ45S,ELHX401VSN651MQ60S,ELHX401VSN1C2MA60S,ELHX401VSN291MP40S,ELHX351VSN461MQ40S,ELHX3H1VSN1B2MA50S,ELHX351VSN122MA50S,ELHX351VSN1E2MA60S,ELHX401VSN901MR55S,ELHX351VSN112MA45S,LHX,ELHX401VSN1A2MA50S,ELHX401VSN341MQ35S,ELHX3H1VSN122MA55S,ELHX351VSN681MQ55S,ELHX3H1VSN441MA25S,ELHX3H1VSN551MA30S,ELHX3H1VSN651MR40S,ELHX351VSN861MR50S,ELHX3H1VSN401MR30S,ELHX351VSN132MA55S,ELHX3H1VSN691MA35S,ELHX3H1VSN791MR50S,ELHX351VSN541MQ45S,ELHX351VSN751MR45S,LHX SERIES,ELHX3H1VSN102MA45S,ELHX3H1VSN1D2MA60S,ELHX351VSN441MP50S,ELHX351VSN1F2MA60S,ELHX401VSN241MP35S,ELHX351VSN142MA55S,ELHX401VSN991MR60S,ELHX3H1VSN551MR35S,ELHX401VSN401MQ40S,ELHX3H1VSN142MA60S,ELHX3H1VSN701MR45S,ELHX401VSN801MA40S,ELHX3H1VSN311MP40S,ELHX3H1VSN361MQ35S,ELHX351VSN1A2MR60S,ELHX3H1VSN991MR60S,ELHX351VSN781MA35S,ELHX401VSN701MR45S,ELHX3H1VSN891MR55S,ELHX401VSN191MP30S,ELHX3H1VSN1A2MR60S,ELHX3H1VSN311MR25S,ELHX351VSN231MP30S,ELHX351VSN371MR25S,ELHX351VSN331MP40S,ELHX351VSN711MR40S,ELHX3H1VSN961MR55S,ELHX351VSN1A2MA45S,ELHX3H1VSN112MA50S,ELHX351VSN321MQ30S,ELHX3H1VSN851MR50S,ELHX3H1VSN501MP60S,ELHX401VSN122MA55S,ELHX3H1VSN421MA25S,ELHX351VSN821MR45S,ELHX3H1VSN431MQ40S,ELHX3H1VSN561MQ50S,ELHX3H1VSN861MA40S,ELHX401VSN381MP50S,ELHX351VSN441MR30S,ELHX401VSN521MA30S,ELHX401VSN1B2MA55S,ELHX3H1VSN501MR35S,ELHX3H1VSN751MR45S,ELHX351VSN391MQ35S,ELHX401VSN831MR55S,ELHX351VSN381MP45S,ELHX401VSN102MA50S,ELHX351VSN611MQ50S,ELHX351VSN761MQ60S,ELHX3H1VSN581MA30S,ELHX351VSN541MR35S,ELHX351VSN651MR40S,ELHX351VSN931MR50S,ELHX3H1VSN821MA40S,ELHX401VSN421MR30S,ELHX401VSN641MA35S,ELHX401VSN651MR45S,ELHX401VSN331MP45S,ELHX351VSN481MA25S,ELHX351VSN491MP55S,ELHX401VSN531MQ50S,ELHX351VSN1A2MR55S,ELHX401VSN891MA45S,ELHX351VSN971MR55S,ELHX401VSN321MR25S,ELHX401VSN611MR40S,ELHX401VSN381MR30S,ELHX401VSN801MR50S,ELHX3H1VSN351MP45S,ELHX401VSN511MR35S,ELHX3H1VSN951MA45S,ELHX401VSN132MA60S,ELHX351VSN541MP60S,INVERTERS,开关电源设备,倒相器,SWITCHING POWER SUPPLY EQUIPMENT
电子商城
品牌：Nippon Chemi-Con
品类：导电性高分子混合型铝电解电容器
价格：￥0.9971
现货： 19,500
品牌：Nippon Chemi-Con
品类：导电性高分子混合型铝电解电容器
价格：￥2.7793
现货： 16,000
现货市场
服务
整体外形尺寸小至0.6*0.3*0.3mm (DFN0603)，工作电压范围覆盖2.5V~36V，电容值低至0.2pF，浪涌能力最高可达240安培，静电等级可达空气放电、接触放电±30KV。提供免费浪涌测试仪、静电测试仪测试。
提交需求>
冷芯半导体拥有超过150种不同型号的超微型和微型多级TEC，为客户实现最优的定制化热电解决方案
提交需求>
授权代理品牌：集成电路
授权代理品牌：分立元件
授权代理品牌：接插件及结构件
授权代理品牌：部件、组件及配件
授权代理品牌：电源及模块
授权代理品牌：电子材料
授权代理品牌：仪器仪表及测试配组件
授权代理品牌：电工工具及材料
授权代理品牌：机械电子元件
授权代理品牌：加工与定制
我要提问
登录 | 立即注册
提交评论