1. 簡介
前文 [BUCK電路輸入紋波電壓有哪些組成部分?] 分析了BUCK電路輸入端的紋波電壓(簡稱“輸入紋波電壓”,Input Ripple Voltage)由三個部分組成,即
(1) “輸入電容ESL紋波電壓”或“輸入端感性紋波電壓”
(2) “輸入電容ESR紋波電壓”或“輸入端阻性紋波電壓”
(3) “輸入電容CIN紋波電壓”或“輸入端容性紋波電壓”
BUCK電路的“輸入紋波電壓”
本文,我們分析 “輸入電容ESL紋波電壓”公式及其推導過程。參考上圖,其中VESL就是 “輸入電容ESL紋波電壓”的波形。問題是,為什么VESL只在TON和TOFF交叉的地方有紋波電壓?讀完本文,便可知曉。
2. “輸入電容ESL紋波電壓”公式推導
我們知道,變化的電流通過電感時,會產(chǎn)生感應(yīng)電壓,且該電感感應(yīng)電壓大小可以表示為
這就是電感公式。
所以,輸入電容ESL導致的紋波電壓分量可以表示為
由“3.3.10.1 輸入電容的瞬時電流”章節(jié)的輸入電容瞬時電流波形可知,輸入電容ESL引起的紋波電壓分量僅發(fā)生在“TOFF切換到TON”過程中(這段時間表示為 t_r )和“TON切換到TOFF”過程中(這段時間表示為 t_f ),在TON期間或TOFF期間,由于電流沒有變化(確切地說,是電流沒有突變),所以就沒有ESL紋波電壓分量。
降壓電路輸入電容上的瞬時電流波形
參考上圖容易知道,從“TOFF切換到TON”(切換時間為 t_r ),電流的變化量為
從“TON切換到TOFF”(切換時間為 t_f ),電流的變化量為
綜合上述公式(3.153) - (3.155)可知,輸入電容ESL紋波電壓分量為
其中,I_OUT-(?I_L)/2 就是電感電流最小值,I_OUT+(?I_L)/2 就是電感電流最大值。該公式與 AVNET Input Capacitor Considerations.pdf 資料中公式 [1] [2] 中 ESL 紋波電壓表達式是一致的。
圖片來源:AVNET Input Capacitor Considerations.pdf
注:復(fù)制黏貼,后臺回復(fù) AVNET Input Capacitor Considerations 獲取PDF版本下載鏈接。
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如果不考慮紋波電流分量,“TOFF切換到TON”和“TON切換到TOFF”兩個階段的電流變化量都是 I_OUT ,再假設(shè)兩個階段電流上升時間和下降時間都相同且表示為 t_(r-f) ,那么輸入電容ESL紋波電壓分量還可以表示為
3. 小結(jié)
可見,輸入電容ESL紋波電壓分量公式(3.156),與電感“感應(yīng)電壓公式”本質(zhì)上是相同的;這就是“感應(yīng)電壓公式”這個“宗”對應(yīng)的“萬變”之一。
這里需要說明的是,由于輸入電容ESL紋波電壓分量較小而通常在工程計算中被忽略。
為什么VESL只在TON和TOFF交叉的地方有紋波電壓?
答案非常簡單,因為 V = L × ?I / ?T ,電感電壓與其上電流變化率成正比關(guān)系,電流變化率越大,電壓也越大;輸入電容上的電流,在“TOFF切換到TON”和“TON切換到TOFF”這兩個瞬間的電流變化率最大,由此引起的電壓也越大。
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