导致LED频闪的LED驱动器输出电压纹波的计算
西安电子科技大学王水平王镭
西北工业大学胡民浩
陕西唐华能源有限公司高辉徐万俊乔晓涛
【摘要】本文对中小功率LED驱动器电路进行了理论上的等效，遵循电感两端的电流不能突变和电容两端的电压不能突变的原则，从电容充放电电流的观点出发推导出了中小功率LED驱动器输出电压纹波的计算公式。通过计算公式从理论上找出了减小导致LED频闪的LED 驱动器输出电压纹波的有效方法，为解决LED频闪问题奠定了理论基础。
关键词：LED频闪，LED驱动器，电压纹波，PWM控制器，DC-DC变换器
Calculation of LED driver
output voltage ripple in led strobe
Xi'an University of Electronic Science and Technology
Wang shuiping Wang lei
XiDian University
【Abstract】 In this paper, medium-power LED driver circuit equivalent in theoretically , followed the principle that current of across inductor and voltage across the capacitor can not be mutated ,viewpoint which charge and discharge current from the capacitor deduced medium power LED driver output voltage ripple formula. Though calculation find out reduce LED Strobe in theoretically that LED driver output voltage ripple is an effective way to solve the problem of LED strobe laid a theoretical foundation.
Keywords：LED strobe，LED drivers，LED light failure，voltage ripple，PWM controller
1 引言
LED以自己独有的能耗低、寿命长、光效高等优点作为新一代光源将取代传统的白炽灯、荧光灯、HID灯、金卤灯等光源是不可置疑的，但是解决LED频闪、光衰、眩光，以及降低LED的成本等问题一直是LED上游产品和下游产品的研发者们努力攻克的难题。LED上游产品的研发者们通过提高光效、解决散热途径和散热材料的方法已将LED光衰降低到实用化产品的程度，通过二次配光已将LED眩光问题彻底解决。LED频闪问题则是LED下游产品的研发者们应该解决的问题，也就是如何抑制和降低LED驱动器输出电压的纹波。
2 中小功率LED驱动器的等效电路【1】
中小功率LED驱动器不管是隔离式还是非隔离式一般均采用降压式DC/DC变换器电路结构，其等效电路结构如图1所示。电路中的PWM控制与驱动电路均采用对应于降压式DC/DC 变换器的控制与驱动IC来完成，电流/电压取样反馈控制信号处理电路将输出给LED负载的电流和电压信号采样后经过处理输入给PWM控制与驱动IC，从而形成以电流为主，电压为辅的双控制模式反馈环路，使LED负载始终工作在恒功率状态。
图2 LED 驱动器的等效电路中个点时序波形
的时间后，功率开关V 开始导通，滤波电容C 两端电压下降到最小值，设2OFF t 到OFF t 的时间内滤波电容C 两端电压的变化量为2o U ?，那么就有：t ON
21o o o U U U ?+?=? （1）
（1）1o U ?的计算
从图2所示的I C 、I L 和U C （U O ）的波形中可以看出，设0t t =时，功率开关V 开始导通，滤波电容C 开始充电，其两端的电压U C 开始上升，此时滤波电容C 两端的电压具有最小值。当滤波电容C 的充电一直维持到经过)(01t t t t ON ON -=的时间后，功率开关V 开始截止。在这段时间的2/ON t 到ON t 期间内滤波电容C 两端电压的变化值1o U ?取决于滤波电容器C 的充电电流I C 和充电时间)2/(ON ON t t -，故1o U ?为
?
?=
?O N
O N t t C o dt i C U 2
/11 （2） 从图1中可以得到：O C L I i i +=，o L C I i i -=，而()???-=?=
dt U U L
dt U L i o
i
L L 11，并且当t=t 1
时电感
电流为最大值，t=t 2时电感电流为最小值，因此就有
()()?
-+?-=-?-=
o LMIN o i o o i C I I t U U L
I dt U U L
i 1
1
（3） ()0001L ON o i L o LMAX I t L U U I t t L U Ui I +?-=+-???
?
???-= （4） ()0012L OFF o L o LMIN I t L
U
I t t L U I -?-=+-?-
= （5） 由于流过储能电感L 的平均电流就等于负载电阻R L 上流过的电流I o ，因此就有
2
LMIN
LMAX o I I I +=
（6）
把式（4）、式（5）和式（6）都代入式（3）中，就可以得到电容器的充电电流C i 的计算公式为：
()OFF o o i C t L
U t U U L i ?-?-=
21
（7） 然后把式（7）代入式（2）中便可以求得1o U ?为
()L t t U C dt t L U t U U L C
U OFF
ON o t t OFF o o i o ON
ON 81211
2/1???=???
?????-?-=
??
（8）
（2）2o U ?的计算
2o U ?也就是滤波电容C 从原有的电压o U 继续下降向负载LED 放电，一直放到t 2时刻，
滤波电容C 上的电压下降到最小值，也就是在功率开关V 截止的一半时间内滤波电容C 上电压的降低量2o U ?为
?
+?=
?2
/21O FF O N O N
t t t C o dt i C U （9）
在功率开关V 截止期间，即)(12t t t OFF -期间，负载R L 所需的能量由储能电感L 通过续
流二极管VD 供给，因此可以得到下列的方程：
dt
di L
U L o -= （10）
由此可以得到
?
+?-=?-
=LMAX o o L I t L
U dt U L i 1
（11）
将式（11）代入o L C I i i -=中就可以得到功率开关V 在截止期间内滤波电容C 中的电流的表达式为：
o LMAX o
C I I t L
U i -+-
= （12） 同理，把式（4）、式（5）和式（6）分别代入式（12）中，消去（o LMAX I I -）后得到：
t L
U
t L U i o OFF o C -=
2 （13）
最后将式（13）代入式（9）就可以算出2o U ?为：
?
??=???
????-?=
?2
/0
2
28121
OF F t OFF
o o OFF o o L t U C dt t L U t L U C
U （14）
（3）输出电压纹波o U ?的计算
将式（8）和式（14）代入式（1）中就可以计算出滤波电容C 两端电压的纹波值o U ?为：
（15） （16）
从式（15）和式（16）中就可以看出，要降低LED 驱动器输出电压纹波值，除了与输出电压o U 和输入电压i U 有关以外，增大储能电感L 的电感量和滤波电容C 的容量是必不可少的，降低功率开关V 的工作周期时间（即提高功率开关V 的工作频率f ）也能收到同样的效果。此外，占空比D 越大输出电压的纹波就会越小，（ON t 越大或者OFF t 越小，输出电压的纹波就会越小）也就是尽量避免使LED 驱动器工作在输入和输出过压过量的工作状态。当然，在降低LED 驱动器输出电压纹波o U ?的过程中，要利弊兼顾，要综合考虑性能价格比。不能一味的追求输出电压纹波o U ?越低越好，应考虑LED 驱动器的使用环境、输入条件和输出要求；还应考虑降低输出电压纹波o U ?以后，LED 驱动器的造价、体积和重量都要相应的增加和增大。因此应在综合考虑各种因素和条件的基础上选择最佳值。 4 实际上真正的输出电压纹波
上面所计算出来的o U ?只是降压型DC/DC 变换器电路结构的LED 驱动器输出电压纹波
中由于开关频率所引起的输出电压纹波值，但是实际上真正的输出电压纹波除了以上所计算
的这两部分以外，还应该包括电网工频电压纹波和高频功率转换所产生的寄生电压纹波，如图3所示。图中T1是电网工频电压纹波的半周期时间（一般为电网工频电压的半周期时间），T2是高频功率转换所产生的寄生电压纹波的周期时间（一般为变换器的开关周期时间）。
()????
?
?-??=???=???=+???=??+???=
???
???????+?????????=?+?=?i o o OFF o OFF o OFF ON OFF o OFF o OFF ON o OFF o OFF ON o o o o U U L C T U f
L C t U L C T t U t t L C t
U L t U C L t t U C L t U C L t t U C U U U 188888181818122
2
21
（1
100Hz
o
电压中形成了电网工频电压纹波。要想减小这种残留在输出电压中的电网工频电压纹波，就必须增大LED驱动器输入端一次滤波电容的容量和功率变换电路的负载动态响应速度。
（2）开关转换寄生电压纹波
对于任何一种晶体管和二极管，从导通到截止或者从截止到导通的转换过程都需要一定的转换时间。如图4所示，当功率开关V从截止转向导通时，虽然续流二极管VD上的电压已经反向偏置，但是由于该二极管VD中少数载流子的存储效应，二极管中流动着的电流不可能立即被关断，只有经过一段时间后才能真正地处于截止状态。这段时间被称为二极管的反向截止时间。在这段时间内二极管呈现低阻抗，于是输入电压通过功率开关V、续流二极管VD可以形成一个非常大的电流，这个电流通过回路中的分布电容就会引起一个较大的高频阻尼振荡，它经过平滑滤波以后寄生在输出电压中的残留部分就形成了所谓的开关转换电压纹波。此外，当功率开关V从导通转向截止的瞬间，储能电感L由于自感作用（电感中电流不能突变）就会发生极性颠倒，但续流二极管VD由于从截止转向导通需要一定的恢复时间，此时储能电感L上的反向电动势便可升得很高，反映到输出端同样会形成开关转换电压纹波。减小开关转换纹波电压通常可以采用以下三种方法：
①采用导通时间快、恢复时间短的肖特基二极管或快恢复二极管作为续流二极管。
②如图4所示，在续流二极管VD两端并联一个阻容吸收网络，电容C1的容量主要取决于开关转换频率。一般情况下当开关转换频率在20kHz～100kHz的范围内时，电容C的取值范围应为0.0022～0.01μF，电阻R的阻值一般取1～10Ω。这样一来，就可以将由于续流二极管恢复时间所导致的开关转换电压纹波吸收到最小程度。
③像图4所示的那样，在续流二极管VD的引线中串一电感量很小的电感L1，实际应用中有时就在续流二极管VD的管脚引线上穿一小磁环或小磁珠即可。利用电感上电流不能突变的特性来抑制和缓冲续流二极管VD反向恢复期间内的反向电流。
1 引言 对于电子产品来说唯一不可缺少的是电源，但是它除了提供能量外，也带来了纹波、噪声等影响电子产品正常工作的影响。纹波电压对高放、本振、混频、滤波、检波、A/D变换等电路都会产生影响，在设计控制设备、电子仪器、电视、摄像机等电子产品时都要想办法尽量减小纹波。为此就要了解纹波、知道它是如何产生的、如何测量以及抑制方法。 2 电源纹波 纹波是附着于直流电平之上的包含周期性与随机性成分的杂波信号，指在额定输出电压、电流的情况下，输出电压中的交流电压的峰值。狭义上的纹波电压，是指输出直流电压中含有的工频交流成分。 纹波用示波器可以看到，在直流电压上下轻微波动，就像水平面上波动的水纹一样，所以被称为纹波（见图1）。 图1 RIGOL示波器DS1302观察的纹波信号波形 2.1 电源纹波产生 我们通常在产品中用的电源主要有线性电源和开关电源二大类，输出的直流电压是一个固定值，由交流电压经整流、滤波、稳压后得到。由于滤波不干净，直流电压中含有交流成分，这就产生了纹波。纹波是一种复杂的杂波信号，它是围绕输出直流电压上下来回波动的周期性信号，但周期和振幅不是定值，随时间而变，不同电源的纹波波形不一样。 产生电源纹波的因素有许多，即使你用电池供电也会因负载的波动而产生波纹。 线性电源
由于我国供电频率是50Hz，所以它的纹波主要来自工频50Hz变压器，纹波电压的频率常常是50nHz，n取自然数，大小取决于整流电路的类型。对于半波整流，是1；对于全波整流，是2；对于三相全波整流，是6，即300Hz。所以这种电源的输出端纹波主要是50HZ 或它的整数倍，幅值小，较易滤除，通常纹波可做到几mV。 如假定整流桥输出负载电流IL，负载电压VL，整流桥输人交流电压幅值Vm及其输人交流电压频率f，则其输出的纹波电压由表1各式计算。 表1 整流纹波电压 采用功率匹配法或等效电流源法计算纹波电压，一般表示为： △U＝ILsin2wt／(2wC) (1) 从式(1)中可以看出，纹波频率为输人频率的两倍，其幅值正比于变换器的输出电流，反比于输人电压频率和平滑电容的大小。 开关电源 产生的纹波比较复杂、很难滤除且幅值较大。主要来源于五个方面:除低频纹波外还有高频纹波、共模噪声、开关器件产生的噪声和调节控制环路引起的纹波噪声。一般开关电源的纹波比线性电源的纹波要大，频率要高。 ①高频纹波。高频纹波来源于开关变换电路。开关电源的开关管在导通和截止的时候，都会有一个上升和下降时间，这时候在电路中就会出现一个与开关上升与下降时间的频率相同或者奇数倍频的噪声，一般为几十MHz。同样二极管在反向恢复瞬间，其等效电路为电阻电容和电感的串联，会引起谐振，产生的噪声频率也为几十MHz。还有高频变压器的漏感也会产生高频干扰。这些噪声一般叫做高频纹波噪声，幅值通常要比纹波大得多。
电感的阻抗与频率成正比,电容的阻抗与频率成反比.所以,电感可以阻扼高频通过,电容可以阻扼低频通过.二者适当组合,就可过滤各种频率信号.如在整流电路中,将电容并在负载上或将电感串联在负载上,可滤去交流纹波.。电容滤波属电压滤波，是直接储存脉动电压来平滑输出电压，输出电压高，接近交流电压峰值；适用于小电流，电流越小滤波效果越好。电感滤波属电流滤波，是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流，输出电压低，低于交流电压有效值；适用于大电流，电流越大滤波效果越好。电容和电感的很多特性是恰恰相反的。 一般情况下，电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容（这里的高频是相对而言）。 低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz；而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波电容高频特性不好，它在高频充放电时内阻较大，等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，最终导致电容的鼓包和爆裂。 电源滤波电容的大小，平时做设计，前级用4.7u,用于滤低频，二级用0.1u，用于滤高频，4.7uF的电容作用是减小输出脉动和低频干扰，0.1uF的电容应该是减小由于负载电流瞬时变化引起的高频干扰。一般前面那个越大越好，两个电容值相差大概100倍左右。电源滤波，开关电源，要看你的ESR(电容的等效串联电阻)有多大，而高频电容的选择最好在其自谐振频率上。大电容是防止浪涌，机理就好比大水库防洪能力更强一样；小电容滤高频干扰，任何器件都可以等效成一个电阻、电感、电容的串并联电路，也就有了自谐振，只有在这个自谐振频率上，等效电阻最小，所以滤波最好！ 电容的等效模型为一电感Ｌ，一电阻Ｒ和电容Ｃ的串联， 电感Ｌ为电容引线所至，电阻Ｒ代表电容的有功功率损耗，电容Ｃ． 因而可等效为串联ＬＣ回路求其谐振频率，串联谐振的条件为WL=1/WC,W=2*PI*f,从而得到此式子f=1/(2pi*LC)．，串联ＬＣ回路中心频率处电抗最小表现为纯电阻，所以中心频率处起到滤波效果．引线电感的大小因其粗细长短而不同，接地电容的电感一般是１ＭＭ为10nＨ左右，取决于需要接地的频率。 采用电容滤波设计需要考虑参数： ESR ESL 耐压值 谐振频率
电源滤波电容的选择与计算 电感的阻抗与频率成正比,电容的阻抗与频率成反比.所以,电感可以阻扼高频通过,电容可以阻扼低频通过.二者适当组合,就可过滤各种频率信号.如在整流电路中,将电容并在负载上或将电感串联在负载上,可滤去交流纹波.。电容滤波属电压滤波，是直接储存脉动电压来平滑输出电压，输出电压高，接近交流电压峰值；适用于小电流，电流越小滤波效果越好。电感滤波属电流滤波，是靠通过电流产生电磁感应来平滑输出电流，输出电压低，低于交流电压有效值；适用于大电流，电流越大滤波效果越好。电容和电感的很多特性是恰恰相反的。一般情况下，电解电容的作用是过滤掉电流中的低频信号，但即使是低频信号，其频率也分为了好几个数量级。因此为了适合在不同频率下使用，电解电容也分为高频电容和低频电容（这里的高频是相对而言）。 低频滤波电容主要用于市电滤波或变压器整流后的滤波，其工作频率与市电一致为50Hz；而高频滤波电容主要工作在开关电源整流后的滤波，其工作频率为几千Hz到几万Hz。当我们将低频滤波电容用于高频电路时，由于低频滤波电容高频特性不好，它在高频充放电时内阻较大，等效电感较高。因此在使用中会因电解液的频繁极化而产生较大的热量。而较高的温度将使电容内部的电解液气化，电容内压力升高，最终导致电容的鼓包和爆裂。 电源滤波电容的大小，平时做设计，前级用4.7u,用于滤低频，二级用0.1u，用于滤高频，4.7uF的电容作用是减小输出脉动和低频干扰，0.1uF的电容应该是减小由于负载电流瞬时变化引起的高频干扰。一般前面那个越大越好，两个电容值相差大概100倍左右。电源滤波，开关电源，要看你的ESR(电容的等效串联电阻)有多大，而高频电容的选择最好在其自谐振频率上。大电容是防止浪涌，机理就好比大水库防洪能力更强一样；小电容滤高频干扰，任何器件都可以等效成一个电阻、电感、电容的串并联电路，也就有了自谐振，只有在这个自谐振频率上，等效电阻最小，所以滤波最好！ 电容的等效模型为一电感Ｌ，一电阻Ｒ和电容Ｃ的串联， 电感Ｌ为电容引线所至，电阻Ｒ代表电容的有功功率损耗，电容Ｃ． 因而可等效为串联ＬＣ回路求其谐振频率，串联谐振的条件为WL=1/WC,W=2*PI*f,从而得到此式子f=1/(2pi*LC)．，串联ＬＣ回路中心频率处电抗最小表现为纯电阻，所以中心频 率处起到滤波效果．引线电感的大小因其粗细长短而不同，接地电容的电感一般是１ＭＭ为
如何正确地测试纹波电压 纹波电压在产品中是一项很重要的参数，过大的纹波电压不仅会直接影响音频电路的信噪比，甚至引起电路的误动作。在实际做设计调试和测试时，我们发现很多同事并不知道如何去测试纹波，因此收集了一些网上资料结合实际经验总结出这篇文章，借此抛砖引玉。 由于目前产品中大量应用开关电源和DC-DC等电路进行供电和电压转化，此类设计由于应用了开关技术使供电的效率有了本质上的提高，大大减小了功率耗散；但同时也增加了输出的交流成分，即我们所说的纹波和噪声（Ripple & Noise）。 一、 纹波的概念： 纹波就是一个直流电压中的交流成分。直流电压本来应该是一个固定的值, 但是很多时候它是通过交流电压整流、滤波后得来的,由于滤波不干净,就会有剩余的交流成分,即便如此,就是用电池供电也因负载的波动而产生波纹。事实上,即便是最好的基准电压源器件,其输出电压也是有波纹的。 纹波应是AC和开关频率的整倍数,用傅里叶级数展开应该是mf越高,Am越小。杂噪应该是不规则的离散波,是由非线性器件对I、V互相反复调制,在负载、输入的AC变化、温度变化都使杂噪变化,其频带可能有数十MHz到1GHz,主要以辐射的形式存在。杂噪是一种常用的通俗说法。其共性就是具有随机性。但必须注意,噪声的分布一般呈现高斯分布,即白噪声,而纹波则不是。 输出纹波和输出电流和输出电压都有关系,主要是与电流的关系。 通常输出纹波近似等于输出电流乘上输出滤波电容的ESR值。所以并不是滤波电容的容量越大输出纹波越小,而应该是滤波电容的ESR值越小输出纹波越小。 纹波是出现在输出端子间的一种与输入频率和开关频率同步的成分,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的0.5%以下；噪声是出现在输出端子间的纹波以外的一种高频成分,也用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的1%左右。纹波噪声是二者的合成,用峰-峰(peak to peak)值表示,一般在输出电压的2%以下。 通常我们所说的纹波噪声是对电压信号而言。 二、 纹波噪声的成分分析： 测试纹波噪声，我们需要先对纹波噪声信号的成分进行区分。 如上图所示，纹波噪声可分为如下四个部分：
变频器直流母线电容纹波电流计算方法 各类电动机是我们发电量的主要消耗设备，而变频器作为电动机的驱动装置成为当前“节能减排”的主力设备之一。它一方面可以起到节约能源消耗的作用，另一方面也可以实现对原有生产或处理工艺过程的优化。目前应用最多也最广的是交-直-交电压型变频器，即中间存在直流储能滤波环节，一般采用大容量电解电容器实现此功能。 使用电解电容器的作用主要有以下几个： （1）补偿以电源频率两倍或六倍变化的逆变器所需功率与整流桥输出功率之差； （2）提供逆变器开关频率的输入电流； （3）减小开关频率的电流谐波进入电网； （4）吸收急停状态时所有功率开关器件关断下的电机去磁能量； （5）提供瞬时峰值功率； （6）保护逆变器免受电网瞬时峰值冲击。 电解电容器设计选型所需要考虑的主要因素有以下几个：电容器的电压、电容器量、电容器的纹波电流、电容器的温升与散热、电容器的寿命等等。这些因素对变频器满足要求的平均无故障时间（mtbf）十分重要。然而电解电容器的纹波电流的计算如何能明确给出计算依据，这是本文所要解决的问题。 直流母线电容纹波电流的计算 纹波电流指的是流过电解电容器的交流电流，它使得电解电容器发热。纹波电流额定值的确定方法是在额定工作温度下规定一个允许的温升值，在此条件下电容器符合规定的使用寿命要求。当工作温度小于额定温度时，额定纹波电流可以加大。但过大的纹波电流会大大缩短电容器的耐久性，当纹波电流超过额定值，纹波电流所引起的内部发热每升高5℃，电容器器的寿命将减少50%。因此当要求电容器器具有长寿命性能时，控制与降低纹波电流尤其重要。 但在实际设计过程中，电解电容器的纹波电流由于受变频器输入输出各物理量变化以及控制方式等的影响很难直接计算得到，一般多采用根据实际经验估算大小，如每μf电容器要求20ma纹波电流之类的经验值，或者通过计算机仿真来估算[3～6]。 本文根据对变频器电路拓扑与开关调制方式的分析，并借鉴已有文献资料，归纳出一个直接的计算电解电容器纹波电流的方法，供大家参考。
输出纹波噪音的几种判定 ·中国绿网· 一般根据电源的输出纹波及噪音，可以判定一部分电源存在的故障。当然电源会有很多的情况会影响到开关电源的输出纹波及噪音。如变压器的绕制工艺、磁材等，而下面我所列的也并非按照相应的解决方法就可以消除的。“人非圣贤，孰能无过”，这里我也只是给大家提供一个思路而已！ 开关管在导通及关断时的尖峰，正常波形(当然要满足电源规格要求为准) 1、辅助电源或基准电压稳定性不够所致 解决方法：在相关部位并大容量的电容。 2、变压器产生的漏磁场对采样形成干扰而引起自激，导致出现正弦振荡 解决方法：在变压器外层加一铜皮，适当加以屏蔽，且屏蔽层要接地。 改进变压器绕制工艺,以减小对采样的干扰。 3、输出如果存在低通滤波器的，可能是其电感量偏大而引起自激振荡。 解决方法：对于输出低通滤波器的情况则减小电感量，同时加大输出电容量。 重置光耦上的电压取样点。 4、电源补偿网络 解决方法：改进补偿网络，增加相应的带宽。
幅值变化随机、无规则。 1、采样电阻上所加电压过高 解决方法：采样电阻的阻值加大，比例不变，且放置位在靠近输出的同时亦靠近电容，改进采样。 2、印制板绝缘不良 解决方法：更改板材或重新改板。 3、电源补偿网络 解决方法：改进补偿网络，增加相应的带宽。 幅值过高 1、输出滤波电容容量太小，或ESR过高 解决方法：增大滤波电容容量。 选用低等效电阻、高频特性好的电容。 采用多个电容并联。 2、输入滤波电容过小 解决方法：增大滤波电容容量。 3、输出储能电感电感量太小(不针对反激式) 解决方法：增大滤波电容容量。
4、电源补偿网络 解决方法：改进补偿网络，增加相应的带宽。 可能电源板布线不合理，引起交叉干扰。 解决方法：调整布线或在相应的干扰源处加电容以消除干扰。
关于纹波系数的确定和计算 工频50Hz全波整流 全波整流输出为100Hz脉动直流，此时直流电压平均值为交流电压的0.9倍。也就是说交流100V 全波整流输出电压为90V。此时直流脉动系数为0.67，也就是说在这90V直流中交流电压分量为 60.3V。此时纹波系数为： 0.707X0.67=0.47=47% 【注：纹波的表示方法可以用有效值或峰值来表示；这里用的是有效值】 1：C型滤波： 在全波整流电路后面增加一个电容就构成了C型滤波。此时输出直流电压平均值上升为交流电压的1.2倍。纹波系数大小与滤波电容、纹波频率、负载电阻成反比。 纹波系数r=0。072/(f/C*RL) （C=F）r=1440/(C*RL) （C=uF） （新建）例：RL=2700欧f=50Hz C=40uF r=0。072/50/（0。00004x2700）=0。013% 2：LC型滤波： 整流器与电容之间增加一个电感就构成LC型滤波。这是利用电感对交流有感抗的特性。由于电感 有抑制电流突变特性使滤波电容两端的电压不能充到峰值。因此LC型滤波输出直流电压平均值小于交流电压的1.2倍，大约0.95。相位差接近180度。 电感临界值=RL/942 LC型滤波电路滤波系数=0.4*L*C LC型纹波系数r=0.47 / 滤波系数r=1。175/L*C （C=uF） 假设负载电阻RL=4700欧，4700/942约等于5.11H是临界电感量。 L常规应用时取该值大于或等于2RL/942 例：电流I=170mA，DC=420V，根据U=IR此时电路负载电阻R=U/I=2470欧。 电感临界值=2470/942约等于2.62H。电感取2XL=4.940H或以上 设L=5H，C=40uF，滤波系数为0.4*5*40=80。 LC型滤波电路纹波系数r=0.47/ 滤波系数=0.47/80=0。005875=0。5875% 或直接用r=1。175/LC=1。175/（5X80）=0。005875=0。5875% 3：CLC型滤波： CLC型滤波是在LC型滤波基础上改良的兀型滤波 CLC滤波系数：130*L*C1*C2*RL/1000000 CLC纹波系数r=0.47 / 滤波系数r=3615/（C1*L*C1*RL）（C=uF） C滤波 LC滤波 CLC滤波
Electrolytic Capacitor Ripple Current Derating Test Method and Life Time Evaluation From：郭雪松 Date：Oct-27-04 一．SPEC 1.电解电容零件工程规格书中之Standard Rating表格，其中规定了不同规格的电解电容Rated Ripple Current值，例如：Sharp机种PWPC C904(滤波电容) 67L215L-820-15N (CNN公司KXG Series) 2.此电容用于电源输入端滤波，因此采用120Hz时的Rated Ripple Current规格715mA。 3.而用于评估电解电容Ripple Current之Spec要依据以下公式： SPEC=Spec（component）×频率系数（FM）×温度系数（TM）注：FM/TM取值方法见附表 4.OTPV 评估电解电容Ripple Current的Derating规格为85％，因此测试值 线电流的有效值（rms），测试时要调整输入电压值（90V～264V）达到纹波电流最大。见图示： Irms 三．附表（FM&TM取值方法）：NCC公司产品为例 1.Multiplying Factors on KMG Series（radial lead type） Frequency Multipliers Temperature Multipliers 2. Multiplying Factors on KY Series Frequency Multipliers 一、前言： 铝电解电容的工作状态及工作环境,是影响其寿命的主要因素。在众多因素中，又以环境温度的高低和 Ripple Current 纹波电流的大小对电容寿命的影响最大。所以在实际使用中，电解电容Ripple Current 有否超规格，电解电容工作温度有否超标准值，是影响电容失效爆浆的最主要原因，特别是在整机测试未对电解电容寿命进行估算计算的情况下，电解电容Ripple Current 的测试，计算及判定，尤为重要。 二、标准测试: 1、一次侧Bulk Cap.纹波电流 说明：一次侧Bulk Cap.纹波电流通常由基本频率(低频率)和高频(开关频率)电流构成，因此在计算时，要通过合成公式，利用频率系数计算出其在指定频率下的合成有效值。(如图1所示) R/C(Ripple Current) = Lowf(Low Freq.Current) +Hif(High Freq. Current) 一次侧Bulk Cap.是指：一次侧主电解电容；Lowf 是指：低频纹波电流有效值； Hif 是指：高频纹波电流有效值。 图(1) 2、二次侧Filter Cap.纹波电流 说明：二次侧Filer Cap.纹波电流通常由高频电流构成。 R/C(Ripple Current) = Hif(High Freq. Current) 二次侧Filter Cap.是指二次侧滤波电解电容。 3、温度 机种名称： 机种编号： 机种类别： 电路拓扑： 输出规格： 编写单位： 应用类别： 材料应用 受控日期： 201 年 月 日 应用编号： AR500XbcEedDFf P 应用描述： 电解电容纹波电流的测试，计算及判定 输入电容纹波电流有效值 相信很多人都知道Buck Converter 电路中输入电容纹波电流有效值，在连续工作模式下可以用一下两个公式来计算： Icin.rms ＝Io × ()D D ×?1 或Icin.rms ＝Io × 2 )(Vin Vo Vo Vin ? 然而，相信也有很多人并不一定知道上面的计算公式是如何推导出来的，下文将完成这一过程。 众所周知，在Buck Converter 电路中Q1的电流（Iq1）波形基本如右图所示（或见第二页Q1电流波形）：0～DTs 期间为一半梯形，DTs ～Ts 期间为零。当0～DT 期间Iq1⊿足够小时，则Iq1波形为近似为一个高为Io 、宽为DTs 的矩形，则有： ?? ?=<<<<)() (01DTs t o Io Ts t DTs Iq 而对于Iin ，只要Cin 容量足够大，则在整个周期中是基本恒定的【见输入电流(Iin)波形】，Iin 值由下式得出： Iin ＝(V o/Vin)*Io ＝DIo 由KCL 得：Iin+Icin ＝Iq1，这里定义Icin 流出电容为正向。所以在整个周期中有： 输入电流(Iin)波形： Icin ＝Iq1-Iin 即： { )0() (DTs t DIo Io T t DTs DIo Icin < 的，所以有Icin ＝－DIo 根据有效值的定义，不难得出输入电容的纹波电流有效值Icin.rms 的计算公式： ])()([1.022 ∫∫ ?+?=DTs Ts DTs dt DIo dt DIo Io Ts rms Icin )]()()[(1 .22DTs Ts DIo DTs DIo Io Ts rms Icin ?×+×?= 即： 又因为有D D Io rms Icin ×?=)1(.Vin Vo D =，所以得： 2 )(.Vin Vo Vo Vin Io rms Icin ?= Q1电流（Iq1）波形： 对滤波效果而言，电容的ESL和ESR参数都很重要，电感会阻止电流的突变，电阻则限制了电流的变化率，这些影响对电容的充放电显然都不利。优质的电容在设计及制造时都采取了必要的手段来降低ESL和ESR，故而横向比较起来，同样的容量滤波效果却不同。 漏电流小，ESR小，一般都是认为要选择低ESR的系列，不过也与负载有关，负载越大，ESR不变时，纹波电流变大，纹波电压也变大。我们从公式上来看看，dV=C*di*dt；dv就是纹波，di是电感上电流的值，dt是持续的时间。一般的开关电源书籍都会讲到怎么算纹波，大题分解为：滤波电容对电压的积分+滤波电容的ESR+滤波电容的ESL+noise，如下图： 一般对纹波的计算通常是估算 有关开关电源纹波的计算，原则上比较复杂，要将输入的矩形波进行傅立叶展开成各次谐波的级数，计算每个谐波的衰减，再求和。最后的结果不仅与滤波电感、滤波电容有关，而且与负载电阻有关。当然，计算时是将滤波电感和滤波电容看成理想元件，若考虑电感的直流电阻以及电容的ESR，那就更复杂了。所以，通常都是估算，再留出一定余量，以满足设计要求。对样机需要实际测试，若不能满足设计要求，则需要更改滤波元件参数。 以Buck电路为例，电感中电流连续和断续，开关电源的传递函数完全不同。电流连续时环路稳定，电流断续时未必稳定。而电感中电流是否连续，除与电感量等有关外，还与负载有关。更严重的是，电流是否连续还与占空比有关，而占空比是由反馈电路控制的。不仅Buck，其它如Boost以及由基本拓扑衍生出来的正激、反激等也是一样。 若要求所有可能产生的工作状态下都稳定，通常要加假负载以保证Buck电路电感电流总是连续(对Buck/Boost或反激则保证不会在连续断续之间转变)，或者把反馈环路时间常数设计得非常大(这会在很大程度上降低开关电源的响应速度)。对输出电压可调整的开关电源(例如实验室用的0～30V输出电源)，环路稳定的难度更大。对这类电源，往往要在开关电源之后再加一级线性调整。 电解电容的选择很重要 在输出端采用高频性能好、ESR低的电容，高频下ESR阻抗低，允许纹波电流大。可以在高频下使用，如采用普通的铝电解电容作输出电容，无法在高频（100kHz以上的频率）下工作，即使电容量也无效，因为超过10kHz时，它已成电感特性了。 关于开关电源输出纹波问题 开关电源输出纹波主要来源于五个方面:输入低频纹波、高频纹波、寄生参数引起的共模纹波噪声、功率器件开关过程中产生的超高频谐振噪声和闭环调节控制引起的纹波噪声 1、低频纹波是与输出电路的滤波电容容量相关.电容的容量不可能无限制地增加,导致输出低频纹 波的残留.交流纹波经DC/DC变换器衰减后,在开关电源输出端表现为低频噪声,其大小由DC/DC 变换器的变比和控制系统的增益决定.电流型控制DC / DC变换器的纹波抑制比电压型稍有提高.但其输出端的低频交流纹波仍较大.若要实现开关电源的低纹波输出,则必须对低频电源纹波采取滤波措施.可采用前级预稳压和增大DC / DC变换器闭环增益来消除. 低频纹波抑制的几种常用的方法: a、加大输出低频滤波的电感,电容参数,使低频纹波降低到所需的指标. b、采用前馈控制方法,降低低频纹波分量. 2、高频纹波噪声来源于高频功率开关变换电路,在电路中,通过功率器件对输入直流电压进行高频 开关变换而后整流滤波再实现稳压输出的,在其输出端含有与开关工作频率相同频率的高频纹波,其对外电路的影响大小主要和开关电源的变换频率、输出滤波器的结构和参数有关,设计中尽量提高功率变换器的工作频率,可以减少对高频开关纹波的滤波要求. 高频纹波抑制的目的是给高频纹波提供通路,常用的方法有以下几种: a、提高开关电源工作频率,以提高高频纹波频率,有利于抑制输出高频纹波 b、加大输出高频滤波器,可以抑制输出高频纹波. C、采用多级滤波. 3、由于功率器件与散热器底板和变压器原、副边之间存在寄生电容,导线存在寄生电感,因此当矩 形波电压作用于功率器件时,开关电源的输出端因此会产生共模纹波噪声.减小与控制功率器件、变压器与机壳地之间的寄生电容,并在输出侧加共模抑制电感及电容,可减小输出的共模纹波噪声. 减小输出共模纹波噪声的常用方法: a、输出采用专门设计的EMI滤波器. b、降低开关毛刺幅度. 4、超高频谐振噪声主要来源于高频整流二极管反向恢复时二极管结电容、功率器件开关时功率器 件结电容与线路寄生电感的谐振,频率一般为1-10MHz,通过选用软恢复特性二极管、结电容小的开关管和减少布线长度等措施可以减少超高频谐振噪声. 开关电源都需对输出电压进行闭环控制,调节器参数设计的不适当也会引起纹波.当输出端波动时通过反馈网络进入调节器回路,可能导致调节器的自激振荡,引起附加纹波.此纹波电压一般没有固定的频率. 在开关直流电源中,往往因调节器参数选择不适当会引起输出纹波的增大. 这部分纹波可通过以下方法进行抑制: a、在调节器输出增加对地的补偿网络,调节器的补偿可抑制调节器自激引起的纹波增大. b、合理选择闭环调节器的开环放大倍数和闭环调节器的参数,开环放大倍数过大有时会引起调节 器的振荡或自激,使输出纹彼含量增加,过小的开环放大倍数使输出电压稳定性变差及纹波含量增加. 所以调节器的开环放大倍数及闭环调节器的参数要合理选取,调试中要根据负载状况进行调节. c、在反馈通道中不增加纯滞后滤波环节.使延时滞后降到最小.以增加闭环调节的快速性和 及时性,对抑制输出电压纹波是有益的. 变频器中直流母线电容的纹波电流计算 2010年06月26日评论(0)|浏览(130) 点击查看原文 各类电动机是我们发电量的主要消耗设备，而变频器作为电动机的驱动装置成为当前“节能减排”的主力设备之一。它一方面可以起到节约能源消耗的作用，另一方面也可以实现对原有生产或处理工艺过程的优化。目前应用最多也最广的是交-直-交电压型变频器，即中间存在直流储能滤波环节，一般采用大容量电解电容器实现此功能。 使用电解电容器的作用主要有以下几个[1]： （1）补偿以电源频率两倍或六倍变化的逆变器所需功率与整流桥输出功率之差； （2）提供逆变器开关频率的输入电流； （3）减小开关频率的电流谐波进入电网； （4）吸收急停状态时所有功率开关器件关断下的电机去磁能量； （5）提供瞬时峰值功率； （6）保护逆变器免受电网瞬时峰值冲击。 电解电容器设计选型所需要考虑的主要因素有以下几个：电容器的电压、电容器量、电容器的纹波电流、电容器的温升与散热、电容器的寿命等等。这些因素对变频器满足要求的平均无故障时间（mtbf）十分重要。然而电解电容器的纹波电流的计算如何能明确给出计算依据，这是本文所要解决的问题。 2 直流母线电容纹波电流的计算 纹波电流指的是流过电解电容器的交流电流，它使得电解电容器发热。纹波电流额定值的确定方法是在额定工作温度下规定一个允许的温升值，在此条件下电容器符合规定的使用寿命要求。当工作温度小于额定温度时，额定纹波电流可以加大。但过大的纹波电流会大大缩短电容器的耐久性，当纹波电流超过额定值，纹波电流所引起的内部发热每升高5℃，电容器器的寿命将减少50%。因此当要求电容器器具有长寿命性能时，控制与降低纹波电流尤其重要。 但在实际设计过程中，电解电容器的纹波电流由于受变频器输入输出各物理量变化以及控制方式等的影响很难直接计算得到[2]，一般多采用根据实际经验估算大小，如每μf电容器要求20ma纹波电流之类的经验值，或者通过计算机仿真来估算[3～6]。 本文根据对变频器电路拓扑与开关调制方式的分析，并借鉴已有文献资料，归纳出一个直接的计算电解电容器纹波电流的方法，供大家参考。 模块电源的基本参数及测试方法 HOPLITE 2005-4-1 电源的测试 以下主要介绍一些对电源进行性能测试的方法。 测试采用标准的开尔文四端测试法。图21为电源输出电压的开尔文四端测量。测量是通过另外一对不同的接触端点和连线来进行的。这对端点上没有负载电流通过，否则会产生毫伏级的测量误差。图21为通用的测试设置。 1. 输出电压精度 在标称的输入电压和额定负载下，用高精度的直流电压表来测试输出电压。测量值与标称值之间的差值以百分比来表示就是输出电压精度，其计算公式为： 其中U0为标称值，U为测量值。 2. 电压调整率 随着输入电压的变化，输出电压会出现一定的变化。输出电压随着输入电压变化的百分比就是电压调整率。在25℃及标称的输入电压和额定负载下，测量： 标称输入电压下的输出电压Un0 高输入电压下的输出电压Uh0 低输入电压下的输出电压U10 取最大偏差电压，即取|Uh0-Un0|和|U10-Un0|中的最大值与标称输出电压下的输入电压Un0相比，以百分比来表示，就是电压调整率。 3. 负载调整率 随着电源负载的变化，输出电压也会出现一定的变化。输出电压随着负载变化的百分比就是负载调整率。 在25℃及标称的输入电压下测量： 额定负载下的输出电压Un0 空载或最小负载下的输出电压Uml0 两次测量值的差值即|Un0-Uml0|与Un0相比，以百分比来表示，就是负载调整率。 4. 温度系数 在标称输入电压和额定负载下，输出电压随环境温度的变化率称之为温度系数。一般来说，温度升高输出电压下降。 把电源放在温度控制箱内，在标称输入电压和额定负载下，测量： 25℃环境温度下的输出电压Un0 升到最高工作温度并稳定15~30分后，测量输出电压Uht0 降到最低工作温度并稳定15~30分后，测量输出电压U1t0 分别计算出高温下的温度系数和低温下的温度系数，取两者中教大的数值 作为温度系数。 高温下的温度系数 低温下的温度系数 5. 输出纹波和噪音 纹波和杂音是叠加在直流输出电压上的交流成分，对纹波和噪音的测量在额定负载和常温下进行。对于开关型的DC/DC变换器而言，输出纹波电压为一系统带有高频分量的小脉冲，因此通常测量峰-峰值，而不是有效值（RMS）。其测量值用毫伏峰-峰值（mVp-p）表示。例如当一个DC/DC变换器的纹波峰-峰值为50mV时，其RMS值很低，仅为5mV，但是否能用于某一系统，必须要进一步考虑才行。 因为所测量的纹波中含有的高频分量，必须使用特殊的测量技术，才能获得正确的测量结果。为了测出纹波尖峰中的所有高频谐波，一般要用20MHz带宽的示波器。 其次在进行纹波测量时，必须非常注意，防止将错误信号引入测试设备中。测量时必须去掉探头地线夹，因为在一个高频辐射场中，地线夹会象一个天线一样接受噪音，干扰测量结果。用带有接地环的探头，采用图22所示的测量方法来消除干扰。 本文主要是通过纹波电流的计算，然后通过电容的热等效模型来计算电容中心点的温度，在得到中心点温度后，也就是得到电容的工作点最高的问题后，通过电容的寿命估算公式来估算电容的设计寿命。 首先，电容等效成电容、电阻（ ESR ）和电感（ ESL ）的串联。关于此请参考其他资料，接下来演示电容寿命计算步骤： 1 、纹波电流计算，纹波电流计算是得到电容功率损耗的一个重要参数，在设计电容时候，我们必须首先确定下来电流的纹波大小，这和设计规格和具体拓扑结构相关。铝电解电容常被用在整流模块后以平稳电压，我们在选择好具体拓扑结构后，根据规格要求得到最小的电容值： 控制某一纹波电压所需的电容容值为： P: 负载功率（单位 W ） 注意：这是应用所需要的最小电容容值。此外，电容容值有误差，在工作寿命期内，容值会逐步降低，随着温度降低，容值也会降低。 必须知道主线及负载侧的纹波电流数据。可以首先计算出电容的充电时间。 f main是电网电流的频率。 电容的放电时间则为： 充电电流的峰值为 dU 是纹波电压（ U max – U min） 则充电电流有效值： 接下来计算放电电流峰值和有效值。 最后计算得出：整流模块后纹波电流： 这个有效值只是纹波电流的计算式，在复杂的市电输入的情况下，我们必须考虑各阶谐波的纹波有效值，也就是说要通过各阶谐波的有效值叠加，才是最后得到的电容纹波寿命计算的纹波，也就是需要将电流傅立叶分解。 2 、计算功率损耗 在得到纹波电流后，我们可以计算各阶电流的纹波损耗，然后将各阶纹波求和： 3 、计算电容中心点温度 得到功率损耗后，我们由电容的热等效模型（参考其他资料）计算中心点温度： 其中： Th 电容为电容中心点温度 , 为电容最高温度，其值直接影响到电容寿命，是电容寿命计算公式中的重要参数。 Rth 为电容的热阻，其值和风速等有关 ,Ta 表示电容表面温度。 P Loss 为纹波电流的中损耗。 4 、计算电容寿命 得到电解电容中心点最高温度后，我们可以计算电容的寿命，各个电容生产厂商会有不同的电容寿命的计算参数，也有不同的电容寿命修正值，现我们介绍阿列纽斯理论来计算电容寿命，其公式是说，电容工作没下降 10 度，其寿命增加一倍，反过来也就是电容温度升高 10 度，电容寿命减小一倍： 导致LED频闪的LED驱动器输出电压纹波的计算 西安电子科技大学王水平王镭 西北工业大学胡民浩 陕西唐华能源有限公司高辉徐万俊乔晓涛 【摘要】本文对中小功率LED驱动器电路进行了理论上的等效，遵循电感两端的电流不能突变和电容两端的电压不能突变的原则，从电容充放电电流的观点出发推导出了中小功率LED驱动器输出电压纹波的计算公式。通过计算公式从理论上找出了减小导致LED频闪的LED 驱动器输出电压纹波的有效方法，为解决LED频闪问题奠定了理论基础。 关键词：LED频闪，LED驱动器，电压纹波，PWM控制器，DC-DC变换器 Calculation of LED driver output voltage ripple in led strobe Xi'an University of Electronic Science and Technology Wang shuiping Wang lei XiDian University 【Abstract】 In this paper, medium-power LED driver circuit equivalent in theoretically , followed the principle that current of across inductor and voltage across the capacitor can not be mutated ,viewpoint which charge and discharge current from the capacitor deduced medium power LED driver output voltage ripple formula. Though calculation find out reduce LED Strobe in theoretically that LED driver output voltage ripple is an effective way to solve the problem of LED strobe laid a theoretical foundation. Keywords：LED strobe，LED drivers，LED light failure，voltage ripple，PWM controller 1 引言 LED以自己独有的能耗低、寿命长、光效高等优点作为新一代光源将取代传统的白炽灯、荧光灯、HID灯、金卤灯等光源是不可置疑的，但是解决LED频闪、光衰、眩光，以及降低LED的成本等问题一直是LED上游产品和下游产品的研发者们努力攻克的难题。LED上游产品的研发者们通过提高光效、解决散热途径和散热材料的方法已将LED光衰降低到实用化产品的程度，通过二次配光已将LED眩光问题彻底解决。LED频闪问题则是LED下游产品的研发者们应该解决的问题，也就是如何抑制和降低LED驱动器输出电压的纹波。 2 中小功率LED驱动器的等效电路【1】 中小功率LED驱动器不管是隔离式还是非隔离式一般均采用降压式DC/DC变换器电路结构，其等效电路结构如图1所示。电路中的PWM控制与驱动电路均采用对应于降压式DC/DC 变换器的控制与驱动IC来完成，电流/电压取样反馈控制信号处理电路将输出给LED负载的电流和电压信号采样后经过处理输入给PWM控制与驱动IC，从而形成以电流为主，电压为辅的双控制模式反馈环路，使LED负载始终工作在恒功率状态。 电解电容寿命纹波电流测试 E-cap Lifetime Test 1. 工作原理/Working principle ★ 当U2为正半周并且数值大于电容两端电压Uc时，二极管D1和D3管导通，D2和D4管截止，电流一路流经负载电阻RL，另一路对电容C充电。当Uc>U2，导致D1和D3管反向偏置而截止，电容通过负载电阻RL放电，Uc按指数规律缓慢下降。 ★ The diode D1&D3 work, D2&D4 cut off, the current flows through the load resistance RL in a loop and charge the capacitor C up when U2 in the positive half circuit and its value exceeding the voltage Uc which is parallel connected in the two terminals of capacitor. When Uc exceeds U2, and causes the diode D1&D3 cut off, the capacitor discharge through the load resistance RL and Uc decline slowly according to the principle of index function. ★ 当U2为负半周幅值变化到恰好大于Uc时，D2和D4因加正向电压变为导通状态，U2再次对C充电，Uc上升到U2的峰值后又开始下降；下降到一定数值时D2和D4变为截止，C对RL放电，Uc按指数规律下降；放电到一定数值时D1和D3变为导通，重复上述过程。 ★ As the same reason , when U2 in the negative half circuit and the amplitude is even changed to exceed Uc ,the diode D2&D4 work due to the positive voltage and U2 charge capacitor C up again. Uc start to decline when it’s voltage rise to the peak value of U2 and to a certain value , the diode D2&D4 cut off , the capacitor C discharge to RL, Uc decline according to the principle of index function again. When the discharge to a certain value, the diode D1&D3 work again and the cycle repeats. 电容器纹波电流有效值的计算 要正确计算纹波电流有效值，理论上应将电容器纹波电流波形进行傅利叶分析，得出各次频率下流过电容的纹波电流值。然后求出各次频率下的电容等效串联电阻ESR。最后根据损耗相等的原则求出总的纹波电流有效值。 图1-1 图1-2 图1-1为某一电路中流过电容100μF /420V的纹波电流波形，图1-2为在某点展开时的高频电流波形，求解该电容的纹波电流有效值。 从图1-1中将高频分量去除可以得出100Hz时的电流波形，如图1-3所示： 图1-3 根据曲线可以将其分为三段来进行积分计算，具体的纹波电流有效值为： 6.068 rms I A = 其中T1=1ms（第一段的维持时间），I1=-2.6A（第一段的起始电流），I rp1=19.825+2.6=22.425A （第一段的脉动电流）； T2=1.75ms（第二段的维持时间），I2=19.825A（第二段的起始电流），I rp2=-22.425A（第二段的脉动电流）； T3=7.25ms（第三段的维持时间），I1=-2.6A（第三段的起始电流），I rp1=0A（第三段的脉动电流）； T=10ms（总周期） 查电容手册可知CD294 400V/470μF电容在120Hz下的ESR为0.22欧。 图1-2为58.8KHz下的纹波电流叠加了一个低频电流，因此只需去除图1-2中的低频直 流分量就可以得到58.8KHz 下的纹波电流波形，如图1-4所示： 图 1-4 计算出有效值 4.863rms I A = 其中T 1=10μs （第一段的维持时间），I 1=4A （第一段的起始电流），I rp 1=0A （第一段的脉动电流） T 2=7μs （第二段的维持时间），I 1=-3.2A （第二段的起始电流），I rp 1=-5A （第二段的脉动电流） T =17μs （总周期） 考虑到在高频情况下，纹波电流波形存在毛刺，因此取有效值电流为5A 。在此频率下ESR 为20.220.1531.2 =Ω，其中1.2为频率系数，可以查电容手册得到。 两种频率下的纹波电流总共产生的损耗为：226.0680.2250.15311.925W ?+?= 根据损耗相等原则将两种频率下的纹波电流值折合成120Hz 时 的电流值7.36A =。 注：理论上计算纹波电流有效值的方法(如上所示)比较繁琐，在工程上可以通过示波器直接读出该波形的有效值，该值与理论计算出来的值相差不多。在本例中示波器读出的纹波电流有效值为6.27A 。电解电容纹波的测试,计算及判定_ 应用报告
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