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討論開關電源輸出濾波電容ESR問題

設計開關電源需要根據電感、輸出濾波電容容量及ESR等參數設計環路補償參數。

有的時候不一定能找到濾波電容手冊,只能用LCR測出ESR。

假設開關頻率為100Khz~150KHz。手持LCR可選的測量頻率通常只有100Hz/120Hz、1KHz、10KHz、100KHz幾檔。測量附圖這種常用的綠皮電解電容時可以發現,隨著測量頻率升高測得的容量會減少。這個不難理解,是因為隨著頻率升高,ESL的感抗抵消了一部分容抗,所以測得的容量變小了。

當用100KHz測量時,測得的電容容量經常為負數。這說明這個電容的諧振頻率低于100KHz,在100KHz頻率下感抗已經大于容抗了,整個電容呈現電感特性。

現在問題來了:

(1)100KHz下用LCR測得的容量為負數的電容,能否用于開關頻率在100KHz或以上的開關電源?     

直覺是不行,都呈感性了,應該是起不到濾波作用了。可是有些電源芯片廠商的參考板(開關頻率150Khz以上)上確實用了這種電容,說明應該是能用。這個問題應該怎么理解?還有,這種情況下測得的ESR是否有效?

(2)開關電源輸出濾波電容通常會并聯MLCC,用LCR測的時候是不是應該并聯MLCC后再測?專業電源研發工程師,是查電容手冊(然后可能還要做一些計算)得到ESR,還是并聯MLCC后再用LCR去測?

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06-10 18:51

用肯定是可以用的,它的電容特性還在哪里,只是ESL過大會導致紋波電壓和噪聲電壓變大,這時候并聯薄膜電容來減小ESL就很有效果,一般的開關電源都是而這組合使用的。利用他們各自的優點。

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06-13 08:48

一般般

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06-16 10:39
@川理學子
用肯定是可以用的,它的電容特性還在哪里,只是ESL過大會導致紋波電壓和噪聲電壓變大,這時候并聯薄膜電容來減小ESL就很有效果,一般的開關電源都是而這組合使用的。利用他們各自的優點。

結論應該沒什么懸念,畢竟很多電源都這么用。

我的關注點在于如何從理論上解釋。電解電容(做為電源輸出濾波電容)在100KHz呈感性,更高的頻率(比如150KHz肯定還是感性)。開關電源(以Buck為例)電感電流為三角波,負載電流穩定時,電源輸出濾波電容電流也是三角波。其基波是電源開關頻率,各次諧波頻率更高。也就是說這顆電容在這個開關電源的整個頻譜內都呈感性,那它是如何實現濾波的?

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渺平
LV.1
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07-29 11:44

我來回答一下您的問題:1、電容除了做濾波作用,還起到去耦和儲能作用,也可以叫直流支撐作用,所以在100khz以上時,此時濾波作用很差,所以要并聯MLCC電容以增加濾波器帶寬。此時測試得到的ESR值依然有用,這個值跟高頻紋波電壓和電流相關。2、如果您要濾除高頻紋波,那么就要看整體并聯的ESR值。

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