【導(dǎo)讀】本篇文章強(qiáng)調(diào)了電容RMS電流的重要性，其很大程度上決定著電容的使用壽命和工作能力。并藉由實(shí)例對(duì)各種電容受這種影響的情況進(jìn)行了舉例。希望大家在閱讀過(guò)本篇文章之后能重視RMS電流對(duì)電容的影響。
在輸入輸出級(jí)當(dāng)中，很多設(shè)計(jì)者已經(jīng)習(xí)慣于放置電解電容。若是沒(méi)有發(fā)生前級(jí)或者后級(jí)的電解，電路就會(huì)看上去不那么恰當(dāng)。但是在追求電源模塊體積減少的同時(shí)，設(shè)計(jì)者們是否想過(guò)，本身就極其微小的電源當(dāng)中為什么還要對(duì)EMI、輸出波紋、散熱、效率等進(jìn)行要求?
電源中常常被忽略的一種應(yīng)力是輸入電容RMS電流。若不正確理解它，過(guò)電流會(huì)使電容過(guò)熱和過(guò)早失效。在降壓轉(zhuǎn)換器中，使用下列近似式，根據(jù)輸出電流（Io） 和占空比（D）可以很輕松地計(jì)算出RMS電流：
圖1 在1/ 輸出電流處出現(xiàn)降壓輸入電容RMS電流峰值
圖1給出了該表達(dá)式的曲線圖;它是一個(gè)圓形，其中，50%占空比時(shí)達(dá)到最大值0.5，并在0%和100%占空比時(shí)有2個(gè)零交叉。該曲線在50%占空比附近對(duì)稱。在20%和80%之間，RMS電流和輸出電流之間的比大于80%。使用這一范圍的占空比，可以將RMS電流粗略估計(jì)為1/2最大輸出電流。在這一范圍之外，需要進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。
在過(guò)去幾年中，陶瓷電容器的容積效率和成本兩方面都取得了巨大的進(jìn)步。陶瓷電容器現(xiàn)在成為繞過(guò)電源功率級(jí)的首選。但是，它們的低ESR在電源中會(huì)產(chǎn)生許多困擾，例如：EMI濾波器振蕩和意外電壓浪涌。并聯(lián)電解電容常常用于抑制這些高Q電路。這些情況下，應(yīng)該注意電解質(zhì)中的紋波電流，因?yàn)榇罅康碾娫醇y波電流會(huì)最終進(jìn)入電解電容。
圖 2 使用不同電容類型時(shí)請(qǐng)注意電解電容電流
圖2顯示了一個(gè)帶輸入電容的100kHz轉(zhuǎn)換開關(guān)例子，其輸入電容由一個(gè)同電解電容器并聯(lián)的10uF陶瓷電容組成，而該電解電容器包含0.15歐姆的等效串聯(lián)電阻（ESR）。假設(shè)電解電容器的電容比陶瓷電容器的大，在這種情況下，約70%的RMS電流出現(xiàn)在了電解質(zhì)中。要減少該RMS電流，可以增加陶瓷電容、工作頻率或者等效串聯(lián)電阻（ESR）。通過(guò)電容電流的傅里葉級(jí)數(shù)可以繪制出這一曲線，從而計(jì)算每個(gè)諧波（多達(dá)10）的電解電容器電流，并重新組合諧波來(lái)計(jì)算電解電容器的總RMS電流。請(qǐng)注意，陶瓷電容的電流與ESR的電流在相位上相差1/4周期，因此必須將它們看作是矢量。如果不想在這些計(jì)算方面花費(fèi)時(shí)間，那么可以通過(guò)一個(gè)電流源和三個(gè)無(wú)源組件輕松地對(duì)該電路進(jìn)行仿真。
總之，要注意輸入電容中的RMS電流，因?yàn)檫^(guò)電流應(yīng)力會(huì)降低電容的可靠性。組合電容類型時(shí)更需特別注意，因?yàn)樘沾呻娙萃ǔ?huì)允許足夠高的紋波電壓在并聯(lián)電解電容中形成過(guò)電流狀態(tài)。這一問(wèn)題的解決方法是增加如下一項(xiàng)或多項(xiàng)：工作頻率、陶瓷電容數(shù)量、電解電容ESR或其RMS額定電流。
