電源設(shè)計小貼士 37：折中選擇輸入電容紋波電流的線壓范圍

您在為一個低功耗、離線電源選擇輸入濾波電容時，會出現(xiàn)一種有趣的權(quán)衡過程。您要折中地選取電容的紋波電流額定值，以適合電源工作所需的電壓范圍。通過增加輸入電容，您可以獲得更多紋波電流的同時還可以通過降低輸入電容的壓降來縮小電源的工作輸入電壓范圍。這樣做會影響電源的變壓器匝數(shù)比以及各種電壓及電流應(yīng)力。電容紋波電流額定值越大，應(yīng)力越小，電源效率也就越高。圖 1 和圖 2 顯示了離線電源中使用的兩種整流器配置結(jié)構(gòu)。圖 1 為一個全波橋接，其中，AC 輸入電壓經(jīng)過簡單整流以后便被送至電容。這種電路常見于寬范圍 AC 和 230 伏 AC 應(yīng)用中。電容充電至正弦波峰值，然后在大部分半周期放電。電容紋波電流包括兩個部分：首先是充電周期，其電流由電容值和所應(yīng)用的 dV/dt 決定；其次是電容放電。電源起到恒定電源負(fù)載的作用，因此電容以非線性速率實施放電，其計算方法為：W = ½ * C *V^2 = P * dt。圖 1 用于許多離線設(shè)計中的全波橋接圖 2 描述了一種倍壓器整流配置結(jié)構(gòu)，許多 115/230 VAC 應(yīng)用都使用了這種結(jié)構(gòu)。如果您有一個 230 VAC 應(yīng)用，則您的輸入級需要處理最大輸入電壓（265 VAC）乘以峰值因數(shù)這么大的電壓，其接近 400 伏。在與一個 115 VAC 輸入一起使用時，倍壓器將經(jīng)過整流的電壓，增壓至接近 230 VAC 輸入電平。我們可以專為 230 VAC 線壓設(shè)計一個電源，以此來減小電源工作的整流后電壓范圍。我們通常使用一個跳線或者開關(guān)，來實現(xiàn)不同整流器配置之間的切換。這種方法的唯一缺點是偶爾出現(xiàn)人為倍增 230 VAC 輸入的情況，從而對電源造成嚴(yán)重破壞。圖 2 顯示了倍壓器電路的一些波形。電容之間不帶電。兩個整流器交替對每個電容施加輸入電壓。一個周期中，每個電容都被充電至峰值線壓，這樣它們每個都有一個線頻率紋波部分。由于電容為異相位充電，因此其和的紋波頻率為線頻率的兩倍。圖 2 倍壓器減小電源線壓范圍圖 3 顯示了四種整流器/輸入電壓方法的 uF/W 標(biāo)準(zhǔn)化壓降。共有三種全波橋接方法，適用于低線壓美國（108 VAC/60 Hz）、低線壓日本（85 VAC/50 Hz）和低線壓歐洲（216 VAC/50 Hz）。另外，還有一個低線壓日本的倍壓器。就全波橋而言，標(biāo)準(zhǔn)化過程只需將電容除以功率。在倍壓器中，標(biāo)準(zhǔn)化方法是將兩個串聯(lián)電容之一的電容除以功率。要想使用該曲線圖，請首先確定您的整流器配置結(jié)構(gòu)，并選擇一個可以接受的壓降。之后，您只需讀取輸入電容的　uF/W　便可。最后，通過乘以您的功率，便可去標(biāo)準(zhǔn)化。圖3大電容可減小輸入線壓范圍并提高效率之后，您便可以利用圖 4 來計算電容的紋波電流額定值。圖 4 顯示了標(biāo)準(zhǔn)化紋波電流與標(biāo)準(zhǔn)化輸入電容的對比關(guān)系。有趣的是，紋波電流并非與電容密切相關(guān)。這是因為在放電期間，電流由一個來自負(fù)載的接近于恒定的電流所決定。只有在充電周期，電流才會極為不同。電容 (uF/W) 減小時，漸進紋波電流增加，這時便出現(xiàn)上述情況。更大電容、更小傳導(dǎo)角時，峰值電流更高。請注意，該曲線圖僅包括線頻率紋波電流，并未包括高頻電源紋波電流效應(yīng)。圖 4 增加uF/W 不會明顯增加輸入電容紋波電流總之，設(shè)計人員在選擇輸入電容和整流器配置結(jié)構(gòu)時進行一些折中處理非常重要。如果選擇寬范圍應(yīng)用的全波橋接，則電源可能需要在 4：1 輸入范圍工作運行。如果設(shè)計人員選擇在設(shè)計中使用一個倍壓器來減小這一范圍，則存在用戶誤操作導(dǎo)致出現(xiàn)過電壓的隱患。根據(jù)本文提供的曲線圖來選擇正確的輸入電容，可以在一定程度上限制工作電壓范圍。下次，我們將討論一種價格低廉的電源保護鎖閉電路，敬請期待。如欲了解本文及其他電源解決方案的更多詳情，敬請訪問：www.ti.com.cn/power