电容器纹波电流有效值的计算
要正确计算纹波电流有效值,理论上应将电容器纹波电流波形进行傅利叶分析,得出各次频率下流过电容的纹波电流值。
然后求出各次频率下的电容等效串联电阻ESR。
最后根据损耗相等的原则求出总的纹波电流有效值。
图1-1 图1-2
图1-1为某一电路中流过电容100μF /420V的纹波电流波形,图1-2为在某点展开时的高频电流波形,求解该电容的纹波电流有效值。
从图1-1中将高频分量去除可以得出100Hz时的电流波形,如图1-3所示:
图1-3
根据曲线可以将其分为三段来进行积分计算,具体的纹波电流有效值为:
6.068
rms
I A
=
其中T1=1ms(第一段的维持时间),I1=-2.6A(第一段的起始电流),I rp1=19.825+2.6=22.425A (第一段的脉动电流);
T2=1.75ms(第二段的维持时间),I2=19.825A(第二段的起始电流),I rp2=-22.425A(第二段的脉动电流);
T3=7.25ms(第三段的维持时间),I1=-2.6A(第三段的起始电流),I rp1=0A(第三段的脉动电流);
T=10ms(总周期)
查电容手册可知CD294 400V/470μF电容在120Hz下的ESR为0.22欧。
图1-2为58.8KHz下的纹波电流叠加了一个低频电流,因此只需去除图1-2中的低频直
流分量就可以得到58.8KHz 下的纹波电流波形,如图1-4所示:
图
1-4 计算出有效值 4.863rms I A =
其中T 1=10μs (第一段的维持时间),I 1=4A (第一段的起始电流),I rp 1=0A (第一段的脉动电流)
T 2=7μs (第二段的维持时间),I 1=-3.2A (第二段的起始电流),I rp 1=-5A (第二段的脉动电流)
T =17μs (总周期)
考虑到在高频情况下,纹波电流波形存在毛刺,因此取有效值电流为5A 。
在此频率下ESR 为20.220.1531.2
=Ω,其中1.2为频率系数,可以查电容手册得到。
两种频率下的纹波电流总共产生的损耗为:226.0680.2250.15311.925W ⨯+⨯=
根据损耗相等原则将两种频率下的纹波电流值折合成120Hz 时
的电流值7.36A =。
注:理论上计算纹波电流有效值的方法(如上所示)比较繁琐,在工程上可以通过示波器直接读出该波形的有效值,该值与理论计算出来的值相差不多。
在本例中示波器读出的纹波电流有效值为6.27A 。