Вибір конденсатора фільтра (С8).

Конденсатор фільтра повинен володіти двома властивостями:

1) його ємність повинна бути досить велика, щоб ми могли отримати стабільну петлю зворотного зв'язку. Кругова частота контуру, утвореного індуктивністю вторинної обмотки трансформатора і ємністю вихідного конденсатора, повинна бути в кілька разів (бажано не менше ніж у п'ять) менше частоти перетворення: .

Чим більше ємність вихідного конденсатора, тим менше буде амплітуда викиду при різкому скиданні/набиранні навантаження (але більше його тривалість), і тим легше буде отримати стабільну петлю зворотного зв'язку. Крім того, велика ємність полегшить отримання необхідної величини вихідних пульсацій.

2) вихідний конденсатор повинен мати досить малий еквівалентний послідовний опір (ESR) для безболісного пропускання великого імпульсного струму.

Оцінимо мінімально рекомендовану ємність конденсатора:

.

Середньоквадратичне значення струму через вихідний конденсатор знаходиться за формулою:

.

Проаналізуємо існуючий асортимент алюмінієвих конденсаторів з низьким ESR (Low-ESR series) від компанії Jamicon (WG series). Аналогічні серії інших виробників володіють схожими параметрами. Видно, що максимально допустимий імпульсний струм залежить в основному від фізичних розмірів конденсатора. Для нашого приладу не треба мати занадто велику ємність С ₈ – це буде ускладнювати старт блоку, тому логічно використовувати дві-три паралельно з'єднаних банки.

Наприклад, можна використовувати три конденсатора 680μF * 25V розміру 13х21, або два конденсатори 680μF * 50V розміру 13х31. Другий варіант кращий – менше надмірність ємності.

Для зменшення габаритів конденсаторів фільтра можна використовувати танталові Low-ESR конденсатори, але вони значно дорожче. Для прикладу можна розглянути серію 593D від компанії Vishay. У цьому випадку можна використовувати три паралельно з'єднаних конденсатора розміру «Е» (7.3x4.3x4.0mm) 150μF * 16V. У цьому випадку їх сумарна ємність виходить трохи нижче рекомендованої, але і в цьому випадку легко отримати стабільну петлю зворотного зв'язку.

Останнім часом з'явилися нові серії керамічних конденсаторів високої ємності з гранично низьким ESR – порядку декількох міліом. При цьому ціна їх також надзвичайно низька, як і габарити. Наприклад, вільно доступні конденсатори в розмірі 1206 22μF * 6.3V, або 10μF * 16V. На жаль, їх ємностей все ще недостатньо для мережевих джерел живлення з їх невисокими частотами перетворення, але для DC - DC конверторів їх застосування стає більш ніж виправдано.

Більш того, часто відпадає необхідність у додатковому LC фільтрі для згладжування пульсацій – ESR цих конденсаторів настільки малий, що падінням напруги на ньому від протікання імпульсного струму можна знехтувати.

На рис. 17 показана форма пульсацій на вихідних керамічних конденсаторах високочастотного (350kHz) DC-DC конвертора з вихідною напругою 5V і струмом 1А. В якості вихідного конденсатора застосовано три паралельно з'єднаних керамічних конденсатора розміру 1206 22μF * 6.3V і без додаткового фільтра.

Рис. 17.

Зупинимося на варіанті двох паралельно з'єднаних конденсаторів 680μF * 50V розміру 13х31 – їх сумарний ESR складе 39mΩ.

Пульсація на вихідному конденсаторі складається з власне процесу перезаряду ємності і з падіння напруги на ESR. Її величину можна оцінити як:

,

де I_LOAD – струм навантаження, t_ON – час відкритого стану силового ключа.

Для нашого випадку:

.

Видно, що внесок в пульсацію процесу перезаряду ємності дуже малий, менше процента.

Дата добавления: 2015-07-10