01、简介
BUCK电路设计中常被忽略的一种电流应力就是,输入电容的RMS电流值;如果不能正确理解并设计它,那么较大的电流应力会使得电容过热而过早失效,原因是“ 阿伦尼乌斯方程 K=Ae(-Ea/RT) ”或者对应的经验法则“温度每升高10摄氏度,化学反应速率增加约2倍,元件寿命将减半”,反过来表述是“温度每降低10摄氏度,化学反应速率降低约2倍,元件寿命将翻倍”。
BUCK转换器中,可以根据负载电流 IOUT 和占空比 D 由公式(3.300)计算得到输入电容RMS电流工程计算值:
上述公式(3.300)的具体推导过程,参考文章[输入电容的有效电流/RMS电流]...
02、输入电容RMS电流的最大值
参考文章[输入电容RMS电流与占空比的关系?其最大值是多少?指导意义是什么?],由“输入电容有效电流的工程值”公式(3.300)可知,在负载电流 IOUT 不变的情况下,该公式中的 D×(1-D) 是占空比的一元二次方程,且该方程曲线的开口向下,有最大值。令该方程的微分等于零,有 1-2×D=0 ,解得 D = 0.5 。
图 3.69 I(CIN,RMS)/IOUT 、I(CIN,RMS) 与占空比的变化关系曲线
图3.69所示,可知 I(CIN,RMS) / IOUT 在占空比 D = 0.5 时有最大值,也就是输入电容均方根电流在占空比 D = 0.5 且负载电流有最大值 I(OUT,MAX) 时取得最大值,将 D = 0.5 代入公式(3.300)计算可得,该最大值为 I(CIN,RMS,MAX) = I(OUT,MAX) / 2 。
由此可见,在占空比 D = 50% 时,BUCK转换器输入电容上的RMS电流值竟然达到了最大负载电流的一半,BUCK转换器工作在最大负载电流情况下,这将使得输入电容上的功率损耗也达到最大值,对应的温度也会升高;
如前所述,如果温度升高达到了10摄氏度,就会导致输入电容的寿命减半,从而造成整个BUCK转换器的寿命减半,从而造成整个产品的寿命减半...由此可见,普通的产品或硬件工程师与优秀的产品或硬件工程师的差异,优秀的产品需要注意到这些设计细节,优秀的硬件工程师能够注意到这些设计细节...
03/ 小结 /
优秀的BUCK电路设计需要注意输入电容RMS电流值,因为电流过应力会降低电容的可靠性;尤其是液态铝电解电容,电流过应力导致温度更高,铝电解液发挥更快,对应的寿命也就更短。