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AP算法系列之二------滤波电感、扼流圈

500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/36/1133861846.jpg?x-oss-process=image/watermark,g_center,image_YXJ0aWNsZS9wdWJsaWMvd2F0ZXJtYXJrLnBuZz94LW9zcy1wcm9jZXNzPWltYWdlL3Jlc2l6ZSxQXzQwCg,t_20');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
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2005-12-07 11:00
朋友,您取1.14的值是否按铁粉磁芯来取的?另外有个问题想讨论一下,您对直流12伏的50KHZ的脉动电流LC滤波计算有什么看法?
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2005-12-07 11:19
@枯藤居士
朋友,您取1.14的值是否按铁粉磁芯来取的?另外有个问题想讨论一下,您对直流12伏的50KHZ的脉动电流LC滤波计算有什么看法?
是的,不知你要求的电感是多少呢?还有工作电流是多少?根据电感和电流按以上公式可以确定磁性材料的体积.
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2005-12-07 13:57
@七年之痒
是的,不知你要求的电感是多少呢?还有工作电流是多少?根据电感和电流按以上公式可以确定磁性材料的体积.
刚从电源网转了一圈,呵呵,才知道大侠是个高手,我也做电源方面工作,不过平时很忙,都一个人在做.很少上来.以后希望多交流交流.
  我现在要设计的直流LC滤波电路输出功率为680瓦.开关频率50K,占空比固定,0.5.我根据电感的能量储存和释放公式:WL=1/2*L*I2=Po*Ton计算出电感的电感量为3.7uH,考虑到分布参数影响,我选取4.5uH.电感的平均工作电流为56A,我取Bm为1.2T,Kj取400.磁芯材质选HF磁粉芯,计算的AP为0.6729CM4.但是,由于不仅仅是电感滤波,我还需要加上电容滤波,我根据C=Po*Ton/2*(Vmax2-Vmin2)计算出电容的容值,由于我的输入为12伏的稳恒电压(由锂电池供电),所以电容两端的纹波电压主要由电感的Ipp在电容内阻上产生.因此我选择了低内阻的电容.但是,需要综合考虑LC回路的频带、振荡频率、对开关电路稳定性的影响等等,需要一个比较全面的考虑,这方面请问您有什么比较好的建议?
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佚名
LV.8
5
2005-12-07 14:30
好贴!
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2005-12-07 15:15
@枯藤居士
刚从电源网转了一圈,呵呵,才知道大侠是个高手,我也做电源方面工作,不过平时很忙,都一个人在做.很少上来.以后希望多交流交流.  我现在要设计的直流LC滤波电路输出功率为680瓦.开关频率50K,占空比固定,0.5.我根据电感的能量储存和释放公式:WL=1/2*L*I2=Po*Ton计算出电感的电感量为3.7uH,考虑到分布参数影响,我选取4.5uH.电感的平均工作电流为56A,我取Bm为1.2T,Kj取400.磁芯材质选HF磁粉芯,计算的AP为0.6729CM4.但是,由于不仅仅是电感滤波,我还需要加上电容滤波,我根据C=Po*Ton/2*(Vmax2-Vmin2)计算出电容的容值,由于我的输入为12伏的稳恒电压(由锂电池供电),所以电容两端的纹波电压主要由电感的Ipp在电容内阻上产生.因此我选择了低内阻的电容.但是,需要综合考虑LC回路的频带、振荡频率、对开关电路稳定性的影响等等,需要一个比较全面的考虑,这方面请问您有什么比较好的建议?
呵呵!高手谈不上的,大家互相学习.
如果根据输出功率P=0.5LI^2F计算电感量是:
L=2P/I^2*F=8.6uH,
对于MPP磁性材料的在0.3T的直流偏置下,其铁心电感大约只有初始的80%,所以在初始设计应设计为最大0.3T.
那么所需要的AP值就是7.15cm^4
磁环的型号就是44.5*27.2*16.5的  线径1.5X8股X9圈.
以上是我计算的,不知和你算的哪里偏差了?
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2005-12-07 15:41
@七年之痒
呵呵!高手谈不上的,大家互相学习.如果根据输出功率P=0.5LI^2F计算电感量是:L=2P/I^2*F=8.6uH,对于MPP磁性材料的在0.3T的直流偏置下,其铁心电感大约只有初始的80%,所以在初始设计应设计为最大0.3T.那么所需要的AP值就是7.15cm^4磁环的型号就是44.5*27.2*16.5的  线径1.5X8股X9圈.以上是我计算的,不知和你算的哪里偏差了?
是这样的,我采用单端正激的架构,所以我认为电感只在导通时进行能量转换,所以我取得f是2倍的fs(占空比为0.5),这样我计算的电感就比你的小了一倍,4.2uH,我实际的工作电流是56.25A,这样我得出了上述计算结果.你看如此考虑恰不恰当?
  对材质的直流偏置H对应的B,我考虑到HF的Bm很大,根据我查阅的资料一般为1.5T,但我对其直流偏置所引起的电感下降没有考虑很周全,认为其变化忽略不记,这点我有设计失误,我需要查一下HF的H-L曲线图才能清楚.您看我这样考虑是否合适?
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2005-12-07 15:52
@七年之痒
呵呵!高手谈不上的,大家互相学习.如果根据输出功率P=0.5LI^2F计算电感量是:L=2P/I^2*F=8.6uH,对于MPP磁性材料的在0.3T的直流偏置下,其铁心电感大约只有初始的80%,所以在初始设计应设计为最大0.3T.那么所需要的AP值就是7.15cm^4磁环的型号就是44.5*27.2*16.5的  线径1.5X8股X9圈.以上是我计算的,不知和你算的哪里偏差了?
坡莫合金粉芯主要有钼坡莫合金粉芯 (MPP) 及高磁通量粉芯 (High Flux),高磁通粉芯主要特点是 : 饱和磁感应强度值在 15000Gs 左右; 磁导率范围从 14~160; 在粉末磁芯中具有最高的磁感应强度,最高的直流偏压能力;磁芯体积小.主要应用于线路滤波器、交流电感、输出电感、功率因素校正电路等 , 在 DC 电路中常用,高 DC 偏压、高直流电和低交流电上用得多.价格低于 MPP . 我查到的一些MPP与HF的说明.
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2005-12-07 15:58
@枯藤居士
是这样的,我采用单端正激的架构,所以我认为电感只在导通时进行能量转换,所以我取得f是2倍的fs(占空比为0.5),这样我计算的电感就比你的小了一倍,4.2uH,我实际的工作电流是56.25A,这样我得出了上述计算结果.你看如此考虑恰不恰当?  对材质的直流偏置H对应的B,我考虑到HF的Bm很大,根据我查阅的资料一般为1.5T,但我对其直流偏置所引起的电感下降没有考虑很周全,认为其变化忽略不记,这点我有设计失误,我需要查一下HF的H-L曲线图才能清楚.您看我这样考虑是否合适?
哦!我还以为是桥式的呢!你的计算方法没有错误!不过磁环小了可能绕不下线.
对于是否电流大造成电感量的下降可以做个实物测试一下,这样比较的有把握
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2005-12-07 16:10
@七年之痒
哦!我还以为是桥式的呢!你的计算方法没有错误!不过磁环小了可能绕不下线.对于是否电流大造成电感量的下降可以做个实物测试一下,这样比较的有把握
对,我也是这样考虑的.准备用一个直流电源和伏特表来测磁环的最大H,同时检测一下电感量的变化.
另外,不知您对LC电路研究如何,能不能在此电感滤波上加一个电容形成LC滤波,能不能提点建议?
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goandlook
LV.1
11
2005-12-07 16:31
@枯藤居士
朋友,您取1.14的值是否按铁粉磁芯来取的?另外有个问题想讨论一下,您对直流12伏的50KHZ的脉动电流LC滤波计算有什么看法?
AP=[LI(2)10(4)/BKuKj](1/1+X)
X是与磁芯结构有关的系数,取各种铁心的平均值为-0.125,可得上式的系数是1.14.
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2005-12-07 16:32
@枯藤居士
对,我也是这样考虑的.准备用一个直流电源和伏特表来测磁环的最大H,同时检测一下电感量的变化.另外,不知您对LC电路研究如何,能不能在此电感滤波上加一个电容形成LC滤波,能不能提点建议?
刚才看了一下高磁通铁粉芯的磁导率--直流磁化强度曲线,60u材质在100 Oe时导磁率只有原来的70%几了,125u和147u的更多,50%不到.100 Oe对应的Bm60u0.45T.
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/36/1133944348.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/36/1133944355.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
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goandlook
LV.1
13
2005-12-07 16:34
我看到计算反激变换器的的变压器的时候也有用这个公式的,请问这是为什么啊?
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2005-12-07 16:50
@七年之痒
刚才看了一下高磁通铁粉芯的磁导率--直流磁化强度曲线,60u材质在100Oe时导磁率只有原来的70%几了,125u和147u的更多,50%不到.100Oe对应的Bm60u0.45T.[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/36/1133944348.gif');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/36/1133944355.gif');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">
这是我选择的HF磁环,我选择的是26材质的.如下面的说明,但我没找到所对应的曲线图.很遗憾

1133945319.doc
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2005-12-07 17:16
@枯藤居士
这是我选择的HF磁环,我选择的是26材质的.如下面的说明,但我没找到所对应的曲线图.很遗憾1133945319.doc
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/36/1133946962.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
500) {this.resized=true; this.width=500; this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/36/1133947093.gif');}" onmousewheel="return imgzoom(this);">
1p是-26的材质
3P是-52的材质
4P是-33的材质
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2005-12-07 17:19
@goandlook
我看到计算反激变换器的的变压器的时候也有用这个公式的,请问这是为什么啊?
这个以后会再讨论!
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2005-12-07 17:32
@七年之痒
[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/36/1133946962.gif');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">[图片]500){this.resized=true;this.width=500;this.alt='这是一张缩略图,点击可放大。\n按住CTRL,滚动鼠标滚轮可自由缩放';this.style.cursor='hand'}"onclick="if(!this.resized){returntrue;}else{window.open('http://u.dianyuan.com/bbs/u/36/1133947093.gif');}"onmousewheel="returnimgzoom(this);">1p是-26的材质3P是-52的材质4P是-33的材质
非常感谢,我看了26的曲线图,我设计的Bpk为1.2T,选择的HF26Bm为1.5T.由1133947837.doc结合您给的曲线图,能够满足在100奥斯特对应的Bm为1.2T.很感激你的帮忙.多谢!
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qaz33510
LV.9
18
2005-12-07 18:36
@枯藤居士
非常感谢,我看了26的曲线图,我设计的Bpk为1.2T,选择的HF26Bm为1.5T.由1133947837.doc结合您给的曲线图,能够满足在100奥斯特对应的Bm为1.2T.很感激你的帮忙.多谢!
15帖的是铁粉芯的特性,不是HF的特性啊.
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2005-12-07 20:19
@qaz33510
15帖的是铁粉芯的特性,不是HF的特性啊.
是的,根据磁粉芯曲线和B-Oe曲线可以确定你设计的BW
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2005-12-08 08:06
@七年之痒
这个以后会再讨论!
a  .这还有一课 ^_^
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bobchen
LV.2
21
2005-12-08 11:02
@枯藤居士
刚从电源网转了一圈,呵呵,才知道大侠是个高手,我也做电源方面工作,不过平时很忙,都一个人在做.很少上来.以后希望多交流交流.  我现在要设计的直流LC滤波电路输出功率为680瓦.开关频率50K,占空比固定,0.5.我根据电感的能量储存和释放公式:WL=1/2*L*I2=Po*Ton计算出电感的电感量为3.7uH,考虑到分布参数影响,我选取4.5uH.电感的平均工作电流为56A,我取Bm为1.2T,Kj取400.磁芯材质选HF磁粉芯,计算的AP为0.6729CM4.但是,由于不仅仅是电感滤波,我还需要加上电容滤波,我根据C=Po*Ton/2*(Vmax2-Vmin2)计算出电容的容值,由于我的输入为12伏的稳恒电压(由锂电池供电),所以电容两端的纹波电压主要由电感的Ipp在电容内阻上产生.因此我选择了低内阻的电容.但是,需要综合考虑LC回路的频带、振荡频率、对开关电路稳定性的影响等等,需要一个比较全面的考虑,这方面请问您有什么比较好的建议?
WL=1/2*L*I2=Po*Ton算出来的是临界状态下的电感量,那么大的输出电流工作在临界状态纹波电流会很大,开关管、输出电容承受电流应力太大,损耗增加.
如果纹波电流按0.2I0来算,感量在12uH左右应该比较合适.由于输出是大电流,所以铜损比较大,可以用两个磁环叠在一起饶线,这样匝数会少一些.
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2005-12-08 11:33
@bobchen
WL=1/2*L*I2=Po*Ton算出来的是临界状态下的电感量,那么大的输出电流工作在临界状态纹波电流会很大,开关管、输出电容承受电流应力太大,损耗增加.如果纹波电流按0.2I0来算,感量在12uH左右应该比较合适.由于输出是大电流,所以铜损比较大,可以用两个磁环叠在一起饶线,这样匝数会少一些.
朋友,您所说的问题正是我在考虑的问题,我正在对滤波电容选型,你的看法对我帮助很大,先谢了.
我有几个问题请教,一是您说的临界电感量的临界指的是电路工作的什么状态?二是你以流过电感的纹波电流来计算电感量,其意义是指电感工作时三角波的上下差值吗?如果是这样,那电感中流过的平均电流(56A)如何考虑它的影响呢?谢谢
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2005-12-08 11:53
@bobchen
WL=1/2*L*I2=Po*Ton算出来的是临界状态下的电感量,那么大的输出电流工作在临界状态纹波电流会很大,开关管、输出电容承受电流应力太大,损耗增加.如果纹波电流按0.2I0来算,感量在12uH左右应该比较合适.由于输出是大电流,所以铜损比较大,可以用两个磁环叠在一起饶线,这样匝数会少一些.
我考虑了一下,你是不是按照V/L=ΔI/ΔT来计算电感的?按照上式,如果只考虑开关频率对电感的影响,在导通时间内(10us)电感端电压近似为12V,因此,在ΔI取10A时对应的电感量为12uH,也就是说允许电感流过的纹波电流为10A.是这个意思吗?这和按照能量计算出来的电感量有什么区别呢?
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bobchen
LV.2
24
2005-12-08 12:39
@枯藤居士
朋友,您所说的问题正是我在考虑的问题,我正在对滤波电容选型,你的看法对我帮助很大,先谢了.我有几个问题请教,一是您说的临界电感量的临界指的是电路工作的什么状态?二是你以流过电感的纹波电流来计算电感量,其意义是指电感工作时三角波的上下差值吗?如果是这样,那电感中流过的平均电流(56A)如何考虑它的影响呢?谢谢
不好意思,更正一下:WL=1/2*L*I2=Po*Ton中的I如果不取I=Ipeak,也可以算出连续模式的电感量.
临界指的是电感电流从零开始;纹波电流就象你所说的.
平均电流是直流分量加上纹波电流的平均值.按经验一般取纹波电流为(0.1-0.4)I0,输出大电流时滤波电容的ESR会影响到电容的发热和寿命,一般做法是几个电容相并,但ESR太小时动态不是很好调,如果取的纹波电流太大,其对滤波电容的冲击,特别是靠近电感的电容会很烫.
顺便说一下,单端正激电流型占空比取0.5的话环路会很难调,最好控制在0.45以下.
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bobchen
LV.2
25
2005-12-08 12:48
@枯藤居士
我考虑了一下,你是不是按照V/L=ΔI/ΔT来计算电感的?按照上式,如果只考虑开关频率对电感的影响,在导通时间内(10us)电感端电压近似为12V,因此,在ΔI取10A时对应的电感量为12uH,也就是说允许电感流过的纹波电流为10A.是这个意思吗?这和按照能量计算出来的电感量有什么区别呢?
是这个意思.这和按照能量计算出来的电感量没什么区别,只是V/L=ΔI/ΔT只与纹波电流有关,没必要知道直流分量.
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2005-12-08 13:10
@bobchen
不好意思,更正一下:WL=1/2*L*I2=Po*Ton中的I如果不取I=Ipeak,也可以算出连续模式的电感量.临界指的是电感电流从零开始;纹波电流就象你所说的.平均电流是直流分量加上纹波电流的平均值.按经验一般取纹波电流为(0.1-0.4)I0,输出大电流时滤波电容的ESR会影响到电容的发热和寿命,一般做法是几个电容相并,但ESR太小时动态不是很好调,如果取的纹波电流太大,其对滤波电容的冲击,特别是靠近电感的电容会很烫.顺便说一下,单端正激电流型占空比取0.5的话环路会很难调,最好控制在0.45以下.
您说的很好,我现在正在计算LC滤波的电容值,我是按1134018152.wmf来计算电容值的.输出功率按680W.Vmax为电容纹波的最大值,Vmin为电容纹波电压的最小值.我按10A的电感纹波电流产生的电感电压为12V做为电容的纹波变化值,计算的电容值为47.2uF.你看这样有没有错误.
  另外,你所说的ESR太小,动态不好调,这个动态指的是谁的动态特性?你所说的单端正激占空比取0.5,环路很难调指的是环路的什么指标?谢谢
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bobchen
LV.2
27
2005-12-08 14:10
@枯藤居士
您说的很好,我现在正在计算LC滤波的电容值,我是按1134018152.wmf来计算电容值的.输出功率按680W.Vmax为电容纹波的最大值,Vmin为电容纹波电压的最小值.我按10A的电感纹波电流产生的电感电压为12V做为电容的纹波变化值,计算的电容值为47.2uF.你看这样有没有错误.  另外,你所说的ESR太小,动态不好调,这个动态指的是谁的动态特性?你所说的单端正激占空比取0.5,环路很难调指的是环路的什么指标?谢谢
容值没那么小吧?是不是计算有误啊?我算了一下,应该是13600uF,用4个3300uH/16V的高频电解电容相并即可.
动态是指输出负载动态响应,环路是指电源的整个稳定性.
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2005-12-08 14:20
@bobchen
容值没那么小吧?是不是计算有误啊?我算了一下,应该是13600uF,用4个3300uH/16V的高频电解电容相并即可.动态是指输出负载动态响应,环路是指电源的整个稳定性.
你算的是13600uF.我按C=2Po/fs*(Vmax平方-Vmin平方)公式来计算,Po为680W,fs为50KHZ,(Vmax平方-Vmin平方)我选的是12的平方,我把电容两端纹波电压看作电源12伏在开关周期内加在电容端的变化值,计算结果C为188.88uF.我想知道你对Vmax平方-Vmin平方是怎么选的?谢谢
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bobchen
LV.2
29
2005-12-08 16:09
@枯藤居士
你算的是13600uF.我按C=2Po/fs*(Vmax平方-Vmin平方)公式来计算,Po为680W,fs为50KHZ,(Vmax平方-Vmin平方)我选的是12的平方,我把电容两端纹波电压看作电源12伏在开关周期内加在电容端的变化值,计算结果C为188.88uF.我想知道你对Vmax平方-Vmin平方是怎么选的?谢谢
不能按12V来算,电容上的电压是直流,只是有很小的纹波而已,这个纹波就是纹波电流流经电解电容产生的,纹波大小跟电解电容的ESR有关.假设输出电压为12V,纹波有40mV,则Vmax=12V,Vmin=11.96V,代进去就算出容值.
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2005-12-08 16:48
@bobchen
不能按12V来算,电容上的电压是直流,只是有很小的纹波而已,这个纹波就是纹波电流流经电解电容产生的,纹波大小跟电解电容的ESR有关.假设输出电压为12V,纹波有40mV,则Vmax=12V,Vmin=11.96V,代进去就算出容值.
如果按照你的观点,是不是可以这样考虑:我们上面的计算认为ΔI=0.2Io,经过计算,ΔI=10A,这是电感的纹波电流.它会在电容ESR上产生电压,称为纹波电压.如果这样,我事先选择一种高频低ESR的电容,如取的电容ESR为0.001欧姆,回有100mV的纹波电压在电容上产生,通过这样就可以算出电容值了,是否可以这样做?
  我选择12伏做为电容的纹波电压是出与这样考虑的,因为开关管对12伏电源斩波,因此直流12伏就变成了50KHZ的三角波,加在电容两端.所以我这样计算.这样有没有道理?
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2005-12-09 16:54
@山东专业变压器生产商
a  .这还有一课^_^
真是高手如林呀
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