在电源电路设计中,电解电容起着至关重要的作用,尤其是输入侧和输出侧的电解电容。准确计算其参数对于电源的稳定运行和性能优化具有关键意义。下面将详细介绍输入侧和输出侧电解电容的计算方法。
输入侧的电解电容计算
在计算输入侧电解电容时,通常按照在输入电压下、输出的情况下,要求电解电容上的纹波电压低于一定百分点来进行。若存在保持时间的要求,则需按照保持时间的要求重新计算,终取二者中的较大值。
假设在输入电压下,电源的输入功率为 Pin,输入交流电压有效值为 Vinacmin,一般认为此时整流后的直流电压为 Vinmin = 1.2×Vinacmin。由于在交流两次充电周期间,对后面变换器的供电都是由电容储能来保证的,所以电压跌落可以通过公式 C×ΔV = I×Δt 计算得出。

其中,ΔV 是电压纹波,通常取 Vinmin 的 10% - 20%;I 是电容对后面电路的放电电流,其值为 Pin/Vinmin;而 Δt 则是两次充电的时间间隔,也就是一个工频周期内电容的放电时间,可按照 0.8×1/(2×fac) 来考虑。简单来说,在交流整流后的半正弦周期中,80% 的时间是靠电解电容储能来供应给后面的变换器的。通过这些参数,就能够计算出输入端的交流整流后滤波电解电容容量。
输出侧的电解电容计算

输出端的电解电容工作在高频环境下,纹波电流对其影响很大。因此,一般按照纹波电流的限制条件来计算输出侧的电解电容。
电解电容上的纹波电流有效值与次级整流二极管的电流有效值以及输出电流存在特定关系。电解电容的生产厂家通常会给出电解电容在某个频率下、某个温度时的额定纹波电流 IRCrms。但在实际使用过程中,需要考虑温度效应与频率效应。实际电容可以使用的纹波电流为 IRCrms× 温度系数 × 频率系数。不同的厂商,提供温度系数和频率系数参考点可能不同,要注意进行换算。如果厂商没有提供相关数据,以下数值可供参考:
温度系数:105℃时为 1;85℃时为 1.7;65℃时为 2.1。
频率系数:100KHz 时为 1;10KHz 时为 0.9;1KHz 时为 0.8;120Hz 时为 0.5;50Hz 时为 0.32。
当单个电解电容的纹波电流不够时,可以采用多个并联使用的方式。此外,多个并联使用还有助于降低输出电压纹波。
电解电容选择的注意事项
实际终电解电容的选择是否合适,除了要保证足够的电压裕量外,更主要的是要关注电解电容的温度和温升。因为电解电容的温度每升高 10 度,其寿命就会减半,所以电解电容的工作温度将受到电源设计寿命的限制。
另一方面,由于电容的温升可能是由外来的热量造成的,也可能是自身的损耗造成的,所以还有一个限制条件,即自温升 < 5℃。