模塊電源保持電容計算方式

摘要

保持電容的容量可依據輸出直流電壓的紋波、電源中斷后保持時間和過渡時間計算確定，如圖1所示。許多應用中，輸入電壓中斷一定時間時，要求電源保持正常輸出，也就是說，變換器必須安全渡過故障期并保證輸出電壓不變。同樣，許多系統需要電源提供故障預警信號，以實現安全關機。

電容存儲的能量與兩端電壓的關系如下：

ε=1/2（CU^2）

式中，ε=存儲的能量，U=電容兩端的電壓。通過電容向變換器供電時，電容消耗的能量=(功率-時間之積)。

ε=PΔt=C(U1^2-U2^2)/2

式中,P=功率，Δt=電容放電時間，U1=Δt始點電容的電壓，U2=Δt末點電容的電壓。

變換這個等式。可計算出電容的容量：

C = 2PΔt/(U1^2-U2^2)

根據定義、保持時間是從電源告警(BOK)到變換器關閉的時間。電源正常和變換器使能的門限值

分別是205V和185V,因而:

C = 2PΔt/(205^2-185^2)

C = 2PΔt/ (7800)

應當注意，實際應用電路中，保持電容C1、C2串聯，所以每只電容的容量應是以下計算值的兩倍，但額定電壓可降低至200V。保持時間、輸出功率和總串聯電容量的關系如圖2-13所示。

根據允許的直流電壓紋波(或電容的紋波電流)可確定電容的要求。還應考慮變換器的紋波抑制和輸出的紋波電壓，Vicor變換器的紋波抑制（R）和輸入、輸出電壓的關系如下：

R=30+201g(Uin/Uout)

例如，300V輸入、15V輸出變換器的紋波抑制是56dB，葑輸入紋波電壓為10Vp- p,則輸出縱波為15mVp- p。用上述公式可計算出所需的電容值。這里，U1和U2分別是紋波的峰頂和谷底的瞬間電壓對應整流電壓的峰峰值，時間變化Δt如下式，在此時間內，電容必須保持合適的直流電壓。

Δt=(π-θ)/2πf

式中，f為輸入交流電壓頻率，θ為整流器導通角，導通角arccosU2/U1。

選擇保持電容時，還需考慮額定紋波電流，電容的額定紋波電流必須高干最大工作紋波電流，工作紋波電流(ms)大致等于：

IRMS=2P/UAC

式中，P為工作功率，UAC為輸入交流電壓。

例如，負載電壓為12V,負載所需功率為320W。假設變換器的效率為85%，則ARM的輸出功率為375W,輸入交流電壓的范圍是90～264V,要求保持時間是9ms.

已知保持時間和輸出功率，按圖2,輸出總電容最小值應是820μF.因為兩個電容串聯，所以每個電容的最小值應是1640μF,應當注意，保持時間不依賴于輸入電壓。

計算過渡時間

過渡時間與輸人電壓、輸出功率的關系如圖3所示。輸入電壓為90V,過渡時間為68ms.

應當說明，過渡時間是依賴于輸入電壓的。

計算保持電容的紋波電壓

紋波電壓與輸出功率的關系如圖4所示，保持電容兩端的紋波電壓應是12V。

計算DC-DC變換器的輸出紋波

紋波抑制與變換器輸出電壓的關系如圖5。12V輸出電壓的變換器的紋波抑制約為60dB。因為直流電壓的紋波是12V、因此由輸入造成的變換器輸出紋波(120Hz)應是12mVp-p。應 當注意,新一代變換器的紋波抑制都大于Vl-200系列及VI-J00系列變換器。