ZHCU626C January 2019 – May 2024
仔细选择输入电容,既要减小尺寸,又要满足大纹波电流能力要求(更多信息,请参阅如何选择降压转换器的输入电容器 模拟应用期刊)。
为了获得满意的 MPPT 效果,例如 99.5% 的最大功率跟踪,请确保输入纹波电压较小。对于许多电池板来说,当 Vpanel 在 Vmpp 的 97.5%-102.5% 范围内时,电池板的输出功率高于最大功率的 99.5%。在 12V 电池系统中,确保电池板的 Vmpp 高于 12V,因此输入纹波电压可以在 0.3V 以内。在 24V 电池系统中,确保电池板的 Vmpp 高于 24V,因此输入纹波电压可以在 0.6V 以内。因此,采用 0.3V 作为最大输入纹波电压 (ΔVin)。
流经输入电容器的交流电流会产生输入电压纹波。即使大部分纹波电流会流经 MLCC,但由于等效串联电阻 (ESR) 较低,由此产生的纹波电压也可以忽略不计。剩余的纹波电流会流经电解电容器(如果系统中有的话)。尽管电解电容器的 ESR 要大得多,但交流电流相对较小。因此,对输入电压纹波的总体影响可以忽略不计。
使用方程式 3 来估算满足纹波电压要求所需的有效电容。当占空比为 50% 时,CIN 最大。
其中 Io 为 16A,fsw 为 250kHz,CIN 需要大于 53μF。考虑到随着电压增加 MLCC 直流偏置效应的影响,根据实际情况,所取的实际值需要更大。
此外,输入电容器还需要满足纹波电流引起的热应力、更大的占用空间以及更低的温升。使用方程式 4 可以计算输入纹波电流的均方根 (RMS) 电流。
占空比对输入 RMS 纹波电流有着显著影响。图 2-13 是纹波电流曲线图,从中可以观察到最大的纹波电流 RMS。当占空比为 0.5 时,产生的纹波电流最大。Iin_rms 的最大值为 8.2A。为了降低 MLCC 的温升,选择了 1210 尺寸。同时,与只使用一个容量较大的电容器相比,并联多个小容量电容器的效果更好。
尽可能靠近 FET 的输入侧放置等效串联电感 (ESL) 较低且 ESR 较低的额外小型 MLCC,尤其是使用 di/dt 和 dv/dt 斜率较高的 GaN 器件。这些 MLCC 可以在不牺牲效率的情况下大幅减轻开关节点波形的过冲。
如果系统的响应速度很重要,还可以添加铝电解电容器等大容量电容器,以满足瞬态响应要求。由于电解电容器的 ESR 较高,因此可以通过将输入纹波电压除以 ESR 来近似计算纹波电流。此外,波形是三角形的,因此可以使用方程式 5 估算 RMS 值。
选择大容量电容时需要小心谨慎,因为它对 RMS 电流的容差较低。