过去，设计人员会使用各种近似值和“经验法则”来选择转换器的总线电容器 (Cbus)，这些方法并不是特别准确。
经验法则：低压输入2uF/W，高压输入1uF/W
本文提供了一种快速可靠的选择最小电解输入总线电容器的方法，这些电容器将在带有电容输入滤波器的 AC-DC 转换器中提供所需的使用寿命。我们以准谐振反激式转换器为例（图 1）。
图 1. 简化的低功耗 AC-DC 适配器反激原理图
总线电容器 Cbus，有时称为大容量电容器，用于存储能量 (w) 并将其传送到电力系统。
电容器 Cbus 每半个线周期由低频电流充电，并由转换器汲取的高频电流脉冲连续放电。 该动作导致低频交流电流 (Ilf) 和高频交流电流 (Ihf) 通过 Cbus。 本应用简介将使用电路仿真来获得 Ilf 的 RMS 电流并计算通过 Cbus 的 Ihf。
总线电容器 (Cbus) 选择算法包含基于输出功率要求 (Pout)、假定效率 (η) 和转换器的占空比 (D) 的电路模型的几次仿真迭代，该算法可以选择符合以下条件的电容器 将提供应用程序所需的使用寿命。
该算法将针对具有以下规格的转换器进行说明：
• Pout = 45W 输出功率
• Vout = 20-V，输出电压
• Vin = 85-265-V RMS，输入电压
• η = 90%• Vbus(min) = 75 v，允许的最低直流母线电压
• 使用寿命：2000 小时@满载，100v 50hz 输入，80°C 内部环境温度。
• fsw = 100 khz，转换器开关频率@最高 Ilf 和 Ihf
• Dmax = 50%，最大占空比
选择母线电容器 (Cbus)：
1. 选择一个大于最大母线电压 (Vbus(max)) 的母线电容器额定电压。 Vbus(max) 可以根据最大 RMS 输入电压 (Vin(max)) 使用公式 3 计算。对于此设计，最大母线电压将为 375-V，Cbus 的额定电压需要比计算的电压更高，因此 400-V 适合此设计。
2. 假设最小直流母线电压为 75V，计算转换器的平均输入电流并根据 120uf/安培直流选择初始母线电容器 (Cbus(init)) 值：
3.我们选择下一个等于或大于Cbus(init)的标准值电容
4. 使用电路模拟器和图 2 中所示的模型来提取最大 Cbus 低频电流 (Ilf)，它出现在最大输出功率和最小输入电压下。 为了避免在 Cbus 上的分压器处被零分频，应将其设置为正电压（例如 70-V）并运行仿真直到电路达到稳态。
图 2. Cbus 低频电流 (Ilf) 仿真模型
82uf 电容产生的最小总线电压为 71.6v，低于 75v 的最小总线电压要求，因此必须选择更大的电容值。
图 3. 第一个 Vbus 纹波电压仿真
5. 选择两个并联的 47uf 电容器，总共 94 uf 产生 78-V 的最小总线电压和 924 mA 的总 (Ilft)，100-Hz RMS 低频电流，（462 mA 的低频电流（Ilf ) 通过每个 Cbus 电容器)。
图 4. 纹波电压仿真，Cbus = 2x47uf
通过在两个电容之间插入一个 RF 滤波器电感 (Lf)（图 5），将两个电容器并联提供了创建差模 EMI π 滤波器的机会（图 5），这将迫使高频电流流入 Cbusb，但具有 对两个电容之间的低频电流共享影响不大。
图 5. 低功耗离线电源适配器
在此示例中，通过母线电容器 (Cbusb) 的最大高频 RMS 电流 (Ihf) 可以根据 pout、Vbus(min)、估计效率 (η) 以及了解转换器的最大占空比来计算。 对于此设计示例，最大占空比限制为 50%。
首先计算峰值开关电流（Iswpk）：
使用 Iswpk，可以计算 Ihf RMS 电流：
6. 仿真完成并且设计中使用的总线电容器的 Ilf 仿真值和计算出的 Ihf 后，从电解电容器系列的数据表中提取额定 120 Hz 纹波电流 (Ilf)， 在电流 Ilf 和额定环境温度下，频率纹波电流系数 (K) 和额定负载寿命 (L) 为 47-uf、400-V。 对于我们的示例，我们选择了一个 47 µf 电容器，其 100 kHz 纹波电流额定值 (Ilf ) 为 1.2A @85°C，频率纹波电流纹波系数 K 为 2，负载寿命 L 为 2000 小时 @85° C。
7. 使用公式 4 计算总线电容器中的有效 RMS 电流 (Ieff)（推导公式后文会展现）：
8. 电容器的负载寿命 Lx 可以使用公式 13 计算。 在我们的设计示例中，我们根据以下条件计算 lx：
• Tmax 是数据表中的额定环境温度（我们的案例为 85° C）
• Δtmax 是高于环境 tmax 的最大允许热点温升（对于 105°C 额定电容器通常为 5°C，对于 85°C 额定电容器通常为 15°C ）
• L 是@额定环境温度 Tmax 下的额定负载寿命（我们的案例为 2000 小时）
• Tx 是工作环境温度（我们的案例为 80°C）
• 在我们的示例中，电容器的寿命计算为 2144 小时
• 如果此使用寿命不可接受，则可以选择下一个更大的值或更高的环境温度（105 摄氏度而不是 85 摄氏度）– 更改将对尺寸和/或成本产生影响。
通过使用适当的仿真和建模，可以更准确地选择一个或多个总线电容器，以满足在低功耗离线反激式转换器中的设计要求。 这种技术可以更准确地预测低频和高频母线电容器 RMS 电流，可用于为设计选择更好的总线电容器，并具有更长的使用寿命。
公式推导：
1.有效RMS电流（Ieff）：由于电容器在环境以上的最大内部温升相同，因此低频和高频纹波电流功耗必须相等：
（其中k为datasheet提供的频率纹波电流系数）因此，高频ESR为：
低频和高频电流混合的等效 RMS 电流为：
2. 预期寿命计算：电解电容器的预期寿命与温度之间的关系遵循阿列尼乌斯定律，即温度每升高 10°C，寿命减少 2 倍。 对于额定环境温度为 105°C 和 85°C 的电容器，大多数电容器制造商指定的内部热点 ΔT 分别为 5°c 和 15°c。
定义：
• Tmax 额定环境温度
• ΔTmax 允许的最大内部热点温升高于 Tmax
• Tx 工作环境温度
• ΔTx 工作热点温升高于 Tx
• L Tmax 时的额定负载寿命
• Lx 负载寿命在 Tx
