PCB技術 - 入力側／出力側のコンデンサ計算

入力側のコンデンサ計算

私たちは一般的に、入力電圧の下で、出力の場合、コンデンサ上のリップル電圧が何パーセント未満であることを要求して計算します。もちろん、保持時間の要求があれば、保持時間の要求に応じて再計算し、両者のうち、大きな値をとる必要があります。

入力電圧で電源の入力電力がPin、入力交流電圧有効値がVinacminであれば、このとき整流後の直流電圧はVinmin=1.2と考えられる×Vinacminは、交流2回の充電サイクルの間、後のコンデンサへの電力供給は容量貯蔵エネルギーによって保証されているため、電圧降下は計算できる。その公式は下記のようになる。

C×ΔV=I×Δt

ΔVは電圧リップルであり、一般的にはVinminの10%〜20%をとり、I（容量対後の回路の放電電流）=Pin/Vinmin

そしてΔtは2回の充電の時間間隔（1つの周波数周期内の容量の放電時間）であり、0.8×1/(2×fac)を考慮すると、はっきり言って、交流整流後の半正弦波周期のうち、80%の時間はコンデンサ貯蔵によって後の変換器に供給される。 

 これにより入力端の交流整流後フィルタコンデンサを算出することができる。

出力側のコンデンサ計算

出力側のコンデンサ。出力端のコンデンサは高周波で動作し、リップル電流はその影響が大きく、一般的にリップル電流の制限条件に基づいて出力側のコンデンサを計算する。

コンデンサ上のリップル電流有効値と二次整流ダイオードの電流有効値及び出力電流の関係は、下記のようになる。

コンデンサのメーカーは通常、ある周波数、ある温度でのコンデンサの定格リップル電流IRCrmsを提供します。しかし、実際の使用過程では、温度効果と周波数効果を考慮する必要があります。実際の容量で使用できるリップル電流はIRCrms×おんどけいすう×周波数係数メーカーによって温度係数と周波数係数の基準点が異なる場合がありますので、換算に注意してください。ベンダーが提供していない場合は、次の数値を参照できます。

＊温度係数：

105℃：1

85℃：1.7

65℃：2.1

＊周波数係数：

100KHz：1

10KHz：0.9

1KHz：0.8

120Hz：0.5

50Hz：0.32

単一電解リップル電流が不足している場合は、複数並列に使用することができます。また、複数の並列使用は出力電圧リップルの低減にも役立つ。

実際の最終コンデンサの選択が適切かどうかは、十分な電圧マージンを保証することを除いて。さらに重要なのはコンデンサの温度と温度上昇である。コンデンサの温度が10度上昇するごとに寿命が半減する。したがって、コンデンサの動作温度は、電源設計寿命によって制限される。

一方、コンデンサの温度上昇は外来の熱によるものである可能性があり、自身の損失によるものである可能性がある。だから、ここにはもう一つの制限条件があります。それは、自温昇<5℃です。