1. 简介
此文,源于前段时间与福建一位工程师的讨论,他的问题是:
假设输出30V 3A需要用100uF,为了节省成本,能不能用100uF/500mA的电解并联10uF/3A的MLCC电容,来满足容值和纹波电流的要求呢?
2. 相互探讨,共同进步
2.1 抛玉引砖(问题是玉,回复为砖)
因为仅从纹波电流的角度看,电容器能够支持的纹波电流越大,价格也就越贵,所以这位工程师才会提出是否可以在100uF/500mA电解电容的基础上并联价格更便宜的MLCC 10uF/3A来降低电路成本。接下来,我们分析下能否实现以及如何才能实现...
2.2 电容并联,可以分流
经过我仔细study了下,他的观点是对的,如前文[电容,(C)能力越大,(I)责任越大...]所述,“电容并联,可以分流”。在此,正式回复他的问题:
1,100uF + 10uF容值是否满足要求,需要根据输出端纹波电压大小以及对Load Transient的要求来确定;因为并未给出纹波和瞬变要求,所以这里100uF + 10uF容值是否合适,是不确定的...
2,BUCK电路输出电容上的纹波电流实际值计算公式为 ∆IC = ∆IL = ( VOUT / VIN ) * ( VIN - VOUT ) / ( L * Fsw )。
由于未给出输入电压VIN、功率电感L和开关频率Fsw,咱们就取纹波电流系数为0.3,在最大负载电流3.0A的情况下,输出电容上总的纹波电流理论值应该是0.3 * 3.0A = 900mA;那么,在100uF+10uF的情况下:
电解电容100uF/500mA上分得的电流应该是
900mA * 100uF / ( 100uF + 10uF ) = 818.18mAMLCC
10uF/3A上分得的电流应该是
900mA * 10uF / ( 100uF + 10uF ) = 81.82mA
所以,严格意义上,100uF/500mA电解电容的纹波电流参数,因为小于其两端实际流过的纹波电流峰峰值818.18mA,所以是不合适的...
3,如何才能实现呢?
电解电容 56uF/500mA + MLCC 56uF/3A 可以实现;这个组合,两个电容上的纹波电流都是 900mA * 56 / ( 56 + 56 ) = 450mA,思路是对的,理论上可以。至于这个组合最终是否能够节省成本,仅就纹波电流这个参数是无法确认的...
这就是通过减少电解电容的电容量同时增加MLCC电容的电容量实现的,这就是“电源先生”常提及的开关电源中的权衡取舍(Trade-off)。
3. 总结
是“电解电容100uF/500mA + MLCC 10uF/3A”,抑或是“电解电容 56uF/500mA + MLCC 56uF/3A”,是“设计质量与产品成本的权衡取舍”...
恰如“开关频率的选择,是电路尺寸与转换效率的权衡取舍”...
恰如“电感量的选择,是纹波电流与响应速度的权衡取舍”...
恰如孟子在《鱼我所欲也》中所述,“鱼,我所欲也;熊掌,亦我所欲也;二者不可得兼”...
开关电源的设计,也是一门权衡取舍的艺术;“舍得,舍得”,懂得有所“舍”,而后有所“得”,适用于开关电源,也适用于其他领域...
很多领域的道理都是相通的。比如杰弗里·韦斯特,这个老爷子当了大半辈子粒子物理学家,到50多岁时,突然跨界去研究生物学去了。注意,不是玩儿票性质,而是哐哐地在Nature、Science这种顶级刊物上发文章,搞得生物学家们极其不爽。就在大家都以为他彻底转型成了一个理论生物学家时,韦斯特又开始跨界了,一步跨到城市科学研究。过了几年,韦斯特老爷子又搞公司研究,又出了很多重要成果。这种不可思议的跨界,当然离不开韦斯特本身的天赋异禀;但除此之外,也不是完全没有规律可循。有一条暗线就是,韦斯特发现了生态学里的一个规律,叫“克莱伯定律”。这个定律,不仅提炼出了自然界千千万万种不同形态的生命体背后的统一规律,更神奇的是,一座城市的发展、一个公司的增长,竟然同样适用这个定律。也就是说,韦斯特找到了不同学科背后的统一性定律,这是他能够成功进行跨学科研究的一个重要因素。
推荐阅读:
推荐关注“电源先生”