在Boost電源中該怎樣去選擇電容的型號和電容容量呢？

我們之前了解過電容的作用，不外乎儲能、濾波等作用。那么在Boost電源中又該怎樣去選擇電容的型號和電容容量呢？

首先整理一下Boost電源拓?fù)?，有輸入輸出電容，那么先從輸入電容聊起?/p>

在電源的輸入端，電壓源其實(shí)是在很遠(yuǎn)的地方，有一段很長的路徑，是沒有辦法提供快速變化的電流。那么在實(shí)際的電路中為何不能提供快速響應(yīng)的電流呢？

實(shí)際電路工程中，輸入電源很有可能離電源IC有很長的距離，這段距離其實(shí)是要通過走線連接起來的，其實(shí)走線越長，線路上的電感越大。實(shí)際上在電壓源到Boost電路輸入端串了一個電感，根據(jù)電感的特性，流過電感的電流不能突變，意味著輸入電源不能快速響應(yīng)Boost電流需求。為何走線越長電感越大？電感越大產(chǎn)生什么影響？

其中，W：走線寬度，l：走線長度，走線銅箔厚度影響較小

從公式發(fā)現(xiàn)PCB走線長度減少1/2，電感也減少1/2；而走線寬度增加10倍，電感才能減小1/2。如果PCB走線過長，走線電感量增加，在開關(guān)頻率的影響下會造成電壓與電流波形產(chǎn)生尖峰振鈴，當(dāng)尖峰足夠大時會損壞開關(guān)管等風(fēng)險。足以證明在實(shí)際工程中電源走線短粗對性能的影響。

輸入線路中串入了電感，那在這段路徑中隨著電流的變化就存在感應(yīng)電動勢，電感的特性還會阻礙電流的變化，使輸入到Boost電路輸入端的電流不能快速響應(yīng)負(fù)載的變化。

如圖所示，銅厚1盎司，線寬100mil，走線長度10mm的電感量是5.21nH。這樣的電感量也能阻礙電流的變化，但并不能讓電流不能變化，這樣對于動態(tài)電流還是能響應(yīng)，如果線路電感越大，電流的響應(yīng)就越慢，所提供的電流波形也就越平滑。

走線電感控制的越小，但還是不能忽略它的存在。工程中還是要做極限最壞考慮，電源輸入的電流近似看成是恒定不變的，那么Boost輸入需要的動態(tài)電流完全由輸入濾波電容來提供。

既然要有輸入電容的存在，那輸入電容的容值該如何計(jì)算呢？

通過以上分析Boost輸入濾波電容有儲能的作用，我們了解電源上都存在相應(yīng)的紋波，電壓源經(jīng)過走線路徑，電源上的紋波會有所增加，那么輸入電容另一個作用濾除這些濾紋波。其實(shí)輸入電壓紋波的大小也就是輸入電容上紋波的變化，那么就需要了解輸入電容在這個過程中干了些什么活。

輸入電容隨Boost電源不斷開關(guān)進(jìn)行充電和放電。這個過程中電容儲存的電荷量就會發(fā)生變化，由公式Q=CUq來看，Uq的電壓隨著電荷量的變化而變化，也是一個動態(tài)的電壓。充放電的過程中就有電流的流過，而實(shí)際的電容不可能是理想的，有相應(yīng)的等效模型。從電容的等效模型中看，存在等效串聯(lián)電阻和電感(忽略等效電感)，電流流過它們時會產(chǎn)生Uesr。

所以輸入紋波電壓由兩部分構(gòu)成ΔU=Uq+Uesr。

首先來看電容電荷量變化產(chǎn)生的壓降Uq如何產(chǎn)生。

根據(jù)基爾霍夫電流定律KCL，節(jié)點(diǎn)電流之和等于0，那么對于A點(diǎn)來看，輸入電流經(jīng)過A后分別流入電感和輸入電容。那么隨著Boost電感電流的變化量必然等于電容電流的變化量。

仿真探測電感和電容電流變化波形如下圖；

根據(jù)基爾霍夫定律，A節(jié)點(diǎn)電流和等于0，由仿真圖可以看出，電感電流增大，輸入電容電流減小，那么輸入電容電流的變化等于電感電流變化ΔL。

由上圖可知，電容電流波形在整個開關(guān)周期內(nèi)的平均值為0，充電和放電在一個周期中各占1/2，在圖中充電部分面積和放電部分面積相等，那么在充電或放電的電荷量Q=I*t，從圖中可以看出，在一個周期內(nèi)電容電流變化量是ΔL，那在電容在充電1/2T周期中電流的變化量是1/2ΔL。

綜合以上就可以計(jì)算輸入電容的表達(dá)式；

充電時間：1/2T 充電最大電流：1/2ΔL

充電電荷量Q=充電三角形面積=1/2*底*高=1/2*充電時間*最大電流

電容的等效圖中可以發(fā)現(xiàn)，電容是存在等效電阻ESR，那么在一個周期中，也必然由電流流過等效電阻ESR，那也會存在壓降Uesr，從電容的波形圖看出，在一個周期中電容充放電，電流也是動態(tài)變化的，那么平均電流也是ΔL。

從表達(dá)式可以發(fā)現(xiàn)紋波電流的大小與電感量、開關(guān)頻率、輸入電容值等相關(guān)，在選擇的過程中要綜合實(shí)際使用情況，一般有使用陶瓷電容和電解電容，但這兩者的特性還是有很大的差異。

陶瓷電容ESR小，容量小，電解電容ESR大，容量大，一般情況會在電源輸入端并電解電容和陶瓷電容。

實(shí)際工程中，我們更關(guān)心輸出紋波的大小，因?yàn)檫@直接關(guān)乎到負(fù)載的穩(wěn)定性。相同的原理，輸出紋波的大小也取決于電容電荷量的變化和電容等效電阻的決定。

開關(guān)管導(dǎo)通截止的一個周期中，開關(guān)管導(dǎo)通時，負(fù)載電流由輸出電容提供，那么電容的放電量Q

總結(jié)回顧

1、可以了解到輸出紋波的大小與輸出電流Io、輸出電容值Co,輸出電壓Vo相關(guān)，電容值增加，電壓紋波會減?。煌?，開關(guān)頻率增加，電壓紋波也會減小。

2、輸入輸出電壓紋波很重要。輸入電壓多為DC/DC芯片提供能量，在輸入引腳處增加大陶瓷電容，既能提供去耦，又具有大電容的能力，抑制輸入電源紋波。輸出紋波會影響負(fù)載的穩(wěn)定性，若負(fù)載是CPU處理器，需要非常低且精度調(diào)整快的電壓，那對輸出的電源提出了高的要求。