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AC/DC输入电容的快速估算方法

  在选取AC/DC开关电源的输入电容时常用经验法或公式法。经验法受条件限制有一定的局限性,公式法的求解过程较繁琐,这里找出一种新的可以快速估算出输入电容大小的放法。

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2021-03-02 10:25

1、经验法:

经验法是指当输入峰值电压为300V左右时依据1uF/W来选取输入电容,当输入峰值电压为100V左右时依据3uF/W来选取输入电容。根据后期的公式及仿真验证这里隐含了电压波动量△V≈29V这一条件。如果改变条件比如将输入电压设为20V或设为1000V再或者期望电压波动量为10V或其它,这样经验值就不知如何选了。

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2021-03-02 10:26
@boy59
1、经验法:经验法是指当输入峰值电压为300V左右时依据1uF/W来选取输入电容,当输入峰值电压为100V左右时依据3uF/W来选取输入电容。根据后期的公式及仿真验证这里隐含了电压波动量△V≈29V这一条件。如果改变条件比如将输入电压设为20V或设为1000V再或者期望电压波动量为10V或其它,这样经验值就不知如何选了。

2、公式法:

公式法参考下图

                         1 输入电容波形

电容恒功放电公式为(V02-V12)/2=Pin*△t/Cin,先求出时间T0T1得出V0V1△t最后就可以精确计算出电容Cin来。由于这里包含了三角函数(超越函数)所以较难整理出解析式并且手算也非常困难。
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2021-03-02 10:30
@boy59
2、公式法:公式法参考下图[图片]                        图1输入电容波形电容恒功放电公式为(V02-V12)/2=Pin*△t/Cin,先求出时间T0和T1得出V0、V1及△t最后就可以精确计算出电容Cin来。由于这里包含了三角函数(超越函数)所以较难整理出解析式并且手算也非常困难。

3、估算法:

工程上有时不需要特别高的精度,因为器件本身的偏差量就比较大,比如有些电容自身就有20%的偏差量,所以很多时候采用近似估算法也能满足要求。

公式法经整理后发现在恒定输入波动条件下输入功率与电容的关系近似线性,见下面两图:

                 2 输入峰值311V、波动量29V,输入电容与功率的关系

 

                 3 输入峰值100V、波动量29V,输入电容与功率的关系

上面两张图显示了不同峰值电压下电容与功率都近似为线性关系,图中也包含了估算公式(与公式法近似重合),图2中输入峰值Vpk=311V波动电压△V=29V100W时对应100uF电容(1uF/W),图3中输入峰值Vpk=100V波动电压△V=29V100W对应300uF电容(3uF/W),跟经验法相符。

估算法经整理得出下面三个式子:

公式(1)的表达式最简单,公式(2)在常用参数范围内做了修正如果全参数范围修正表达式会比较复杂,公式(3)引入工频项可以修正比如60Hz的设计参考。

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2021-03-02 10:41
@boy59
3、估算法:工程上有时不需要特别高的精度,因为器件本身的偏差量就比较大,比如有些电容自身就有20%的偏差量,所以很多时候采用近似估算法也能满足要求。公式法经整理后发现在恒定输入波动条件下输入功率与电容的关系近似线性,见下面两图:[图片]                图2输入峰值311V、波动量29V,输入电容与功率的关系 [图片]                图3输入峰值100V、波动量29V,输入电容与功率的关系上面两张图显示了不同峰值电压下电容与功率都近似为线性关系,图中也包含了估算公式(与公式法近似重合),图2中输入峰值Vpk=311V波动电压△V=29V,100W时对应100uF电容(1uF/W),图3中输入峰值Vpk=100V波动电压△V=29V,100W对应300uF电容(3uF/W),跟经验法相符。估算法经整理得出下面三个式子:[图片]公式(1)的表达式最简单,公式(2)在常用参数范围内做了修正如果全参数范围修正表达式会比较复杂,公式(3)引入工频项可以修正比如60Hz的设计参考。

以输入峰值Vpk=200V波动电压△V=20V为例验证估算法的计算结果:

             4输入峰值200V、波动量20V,输入电容与功率的关系

在此常用参数下估算法与公式法偏差很小,此时电容与功率比为2.23uF/W与之前的经验法就不同了。

                             5 100W仿真验证

仿真电容取223uF当输入功率为190^2/361=100W时波动电压20V与图4的结果一致。

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miky1188
LV.6
6
2021-03-02 10:42
@boy59
3、估算法:工程上有时不需要特别高的精度,因为器件本身的偏差量就比较大,比如有些电容自身就有20%的偏差量,所以很多时候采用近似估算法也能满足要求。公式法经整理后发现在恒定输入波动条件下输入功率与电容的关系近似线性,见下面两图:[图片]                图2输入峰值311V、波动量29V,输入电容与功率的关系 [图片]                图3输入峰值100V、波动量29V,输入电容与功率的关系上面两张图显示了不同峰值电压下电容与功率都近似为线性关系,图中也包含了估算公式(与公式法近似重合),图2中输入峰值Vpk=311V波动电压△V=29V,100W时对应100uF电容(1uF/W),图3中输入峰值Vpk=100V波动电压△V=29V,100W对应300uF电容(3uF/W),跟经验法相符。估算法经整理得出下面三个式子:[图片]公式(1)的表达式最简单,公式(2)在常用参数范围内做了修正如果全参数范围修正表达式会比较复杂,公式(3)引入工频项可以修正比如60Hz的设计参考。
大赞!感谢分享。
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2021-03-02 10:44
全面实用
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2021-03-02 10:44
@miky1188
大赞!感谢分享。[图片]
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2021-03-02 10:47
@zhangtao3b608
[图片]全面实用
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anran1018
LV.1
10
2021-03-02 11:57
@boy59
以输入峰值Vpk=200V波动电压△V=20V为例验证估算法的计算结果:[图片]            图4输入峰值200V、波动量20V,输入电容与功率的关系在此常用参数下估算法与公式法偏差很小,此时电容与功率比为2.23uF/W与之前的经验法就不同了。[图片]                            图5100W仿真验证仿真电容取223uF当输入功率为190^2/361=100W时波动电压20V与图4的结果一致。
感谢楼主分享
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pzg1989
LV.4
11
2021-04-08 14:18
@boy59
以输入峰值Vpk=200V波动电压△V=20V为例验证估算法的计算结果:[图片]            图4输入峰值200V、波动量20V,输入电容与功率的关系在此常用参数下估算法与公式法偏差很小,此时电容与功率比为2.23uF/W与之前的经验法就不同了。[图片]                            图5100W仿真验证仿真电容取223uF当输入功率为190^2/361=100W时波动电压20V与图4的结果一致。
楼主这方法不错,吸收了经验法和公式法的优点,省时省力简单快捷。
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2021-04-09 12:19
@boy59
3、估算法:工程上有时不需要特别高的精度,因为器件本身的偏差量就比较大,比如有些电容自身就有20%的偏差量,所以很多时候采用近似估算法也能满足要求。公式法经整理后发现在恒定输入波动条件下输入功率与电容的关系近似线性,见下面两图:[图片]                图2输入峰值311V、波动量29V,输入电容与功率的关系 [图片]                图3输入峰值100V、波动量29V,输入电容与功率的关系上面两张图显示了不同峰值电压下电容与功率都近似为线性关系,图中也包含了估算公式(与公式法近似重合),图2中输入峰值Vpk=311V波动电压△V=29V,100W时对应100uF电容(1uF/W),图3中输入峰值Vpk=100V波动电压△V=29V,100W对应300uF电容(3uF/W),跟经验法相符。估算法经整理得出下面三个式子:[图片]公式(1)的表达式最简单,公式(2)在常用参数范围内做了修正如果全参数范围修正表达式会比较复杂,公式(3)引入工频项可以修正比如60Hz的设计参考。
的确单个计算的话比较费劲,楼主有根据公式设计计算好的EXCEL表格吗?
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lkings
LV.6
13
2021-04-09 13:13
楼主这个估算办法是反激拓扑还是其他什么结构,需要写清楚一点,不然会误导一些刚学电源的.
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2021-04-09 16:07
@lkings
楼主这个估算办法是反激拓扑还是其他什么结构,需要写清楚一点,不然会误导一些刚学电源的.
跟拓扑关系不大,只跟功率有关。
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2021-04-09 16:10
@奋斗的青春
的确单个计算的话比较费劲,楼主有根据公式设计计算好的EXCEL表格吗?
公式法要解超越方程,EXCEL中单解一个值可以但如果绘制成曲线不知怎么操作了。
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2021-04-23 10:55

顶顶

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2021-07-21 14:18

估算公式(4)

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pupil2008
LV.2
18
2022-05-10 15:03
@boy59
[图片]估算公式(4)

纹波电流能估算吗?

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