开关电源纹波电流

滤波电容C的计算方法如下：

由图1-6可以看出，在控制开关的占空比D等于0.5的情况下，电容器充、放电的电荷和充、放电的时间，以及正、负电压纹波值均应该相等，并且电容器充电流的平均值也正好等于流过负载的电流。因此，电容器充时，电容器存储的电荷ΔQ为：

电容器充电的电压增量2ΔUc为：

由此求得：

或：

（1-17）和（1-18）式，就是计算串联式开关电源储能滤波电容的公式（D = 0.5时）。式中：Io是流过负载的电流，T为控制开关K的工作周期，ΔUP-P为输出电压的波纹。电压波纹ΔUP-P一般都取峰-峰值，所以电压波纹正好等于电容器充电或放电时的电压增量，即：ΔUP-P = 2ΔUc 。

顺便说明，由于人们习惯上都是以输出电压的平均值为水平线，把电压纹波分成正负两部分，所以这里遵照习惯也把电容器充电或放电时的电压增量分成两部分，即：2ΔUc。

同理，（1-17）和（1-18）式的计算结果，只给出了计算串联式开关电源储能滤波电容C的中间值，或平均值，对于极端情况可以在平均值的计算结果上再乘以一个大于1的系数。

当储能滤波电容的值小于（1-17）式的值时，串联式开关电源滤波输出电压Uo的电压纹波ΔUP-P会增大，并且当开关K工作的占空比D小于0.5时，由于流过储能滤波电感L的电流iL出现不连续，电容器放电的时间大于电容器充电的时间，因此，开关电源滤波输出电压Uo的电压纹波ΔUP-P将显著增大。因此，最好按（1-17）式计算结果的2倍以上来选取储能滤波电容的参数。

图1给出了该表达式的曲线图；它是一个圆形，其中，50%占空比时达到最大值0.5，并在0%和100%占空比时有2个零交叉。该曲线在50%占空比附近对称。在20%和80%之间，RMS电流和输出电流之间的比大于80%。使用这一范围的占空比，您可以将RMS电流粗略估计为1/2最大输出电流。在这一范围之外，您需要进行相应的计算。 

图1：在1/输出电流处出现降压输入电容RMS电流峰值

在过去几年中，陶瓷电容器的容积效率和成本两方面都取得了巨大的进步。陶瓷电容器现在成为绕过电源功率级的首选。但是，它们的低ESR在电源中会产生许多困扰，例如：EMI滤波器振荡和意外电压浪涌。并联电解电容常常用于抑制这些高Q电路。这些情况下，您应该注意电解质中的纹波电流，因为大量的电源纹波电流会最终进入电解电容。图2显示了一个带输入电容的100kHz转换开关例子，其输入电容由一个同电解电容器并联的10μF陶瓷电容组成，而该电解电容器包含0.15Ω的等效串联电阻(ESR)。假设电解电容器的电容比陶瓷电容器的大，在这种情况下，约70%的RMS电流出现在了电解质中。要减少该RMS电流，您可以增加陶瓷电容、工作频率或者等效串联电阻(ESR)。通过电容电流的傅里叶级数可以绘制出这一曲线，从而计算每个谐波(多达10)的电解电容器电流，并重新组合谐波来计算电解电容器的总RMS电流。请注意，陶瓷电容的电流与ESR的电流在相位上相差1/4周期，因此必须将它们看作是矢量。如果您不想在这些计算方面花费时间，那么您可以通过一个电流源和三个无源组件轻松地对该电路进行仿真。 

图2：使用不同电容类型时请注意电解电容电流

总之，要注意输入电容中的RMS电流，因为过电流应力会降低电容的可靠性。组合电容类型时更需特别注意，因为陶瓷电容通常会允许足够高的纹波电压在并联电解电容中形成过电流状态。这一问题的解决方法是增加如下一项或多项：工作频率、陶瓷电容数量、电解电容ESR或其RMS额定电流。

我们将讨论DC/DC转换器的反馈环路基础知识，敬请期待。

注：

下面是输入电容中RMS电流的推导过程，其假设电感无穷大。它以矩形脉冲(D0.5*Ipk)的RMS电流作为开始，并去除了DC组件(D*Ipk)。