最有效的开关电源纹波计算方法
buck电路电感纹波的比例系数
buck电路电感纹波的比例系数
摘要：
1.Buck 电路概述
2.电感纹波的概念
3.比例系数的定义和计算方法
4.比例系数对Buck 电路性能的影响
5.结论
正文：
一、Buck 电路概述
Buck 电路，又称降压型开关电源，是一种基于开关管工作在开关状态下的直流- 直流变换器。
其主要由开关管、电感、电容和二极管等元件组成，广泛应用于电子设备中，为负载提供稳定的直流电压。
二、电感纹波的概念
在Buck 电路中，输出电压的纹波是指输出电压中交流分量的大小。
电感纹波则是指在电感器件上产生的纹波电压。
电感纹波的产生是由于开关管在开关过程中，导致电流发生突变，从而在电感上产生感应电动势，形成纹波。
三、比例系数的定义和计算方法
比例系数是用来描述电感纹波与输出电压之间的关系的一个系数，通常用字母K 表示。
比例系数K 的计算公式为：
K = (Vrms_纹波) / (Vrms_输出)
其中，Vrms_纹波表示电感纹波的有效值，Vrms_输出表示输出电压的有效值。
四、比例系数对Buck 电路性能的影响
比例系数K 对Buck 电路的性能有重要影响。
当比例系数K 增大时，电感纹波的幅值也会增大，导致输出电压的纹波电压增大，从而降低输出电压的稳定性；反之，当比例系数K 减小时，电感纹波的幅值也会减小，输出电压的纹波电压减小，提高输出电压的稳定性。
五、结论
总结来说，Buck 电路中电感纹波的比例系数是一个重要的参数，影响着电路的输出电压纹波。
buck电感纹波电流计算公式
buck电感纹波电流计算公式Buck电感纹波电流计算公式引言：在电源设计中，为了提高效率和稳定性，常常需要使用直流-直流（DC-DC）转换器来实现电压的变换。
而Buck转换器是一种常用的DC-DC转换器，它通过控制开关管的导通时间来调整输出电压。
在Buck转换器的设计过程中，了解和计算电感器的纹波电流是非常重要的，因为它直接影响电感器的选择和设计。
Buck电感纹波电流的定义：Buck电感纹波电流是指通过Buck转换器中电感器产生的交流电流，它的存在是由于开关管的导通和截止所引起的。
纹波电流的大小和频率与输入和输出电压、电感器的值以及开关管的工作频率等因素有关。
不同的设计要求对纹波电流的允许范围有不同的要求，因此准确计算和控制纹波电流是非常重要的。
Buck电感纹波电流的计算公式：Buck电感纹波电流的计算公式如下所示：\[ \Delta I_L = \frac{V_{out} \cdot (1-D)}{f \cdot L} \]其中，\(\Delta I_L\)为电感纹波电流；\(V_{out}\)为输出电压；\(D\)为开关管的占空比；\(f\)为开关频率；\(L\)为电感器的值。
根据这个公式，我们可以通过已知的输入和输出电压、开关频率和电感器的值来计算纹波电流。
这个公式的推导过程涉及一些电路分析和数学计算，这里就不展开了。
影响Buck电感纹波电流的因素：1. 输出电压：输出电压的大小直接影响纹波电流的大小，输出电压越大，纹波电流越小。
2. 开关频率：开关频率越高，纹波电流越小。
3. 电感器的值：电感器的值越大，纹波电流越小。
4. 开关管的占空比：占空比是指开关管导通时间与一个开关周期的比值，占空比越大，纹波电流越小。
如何控制Buck电感纹波电流：1. 选择合适的电感器：根据所需的纹波电流范围和其他设计要求，选择合适的电感器。
2. 调整开关频率：根据设计要求和性能需求，确定合适的开关频率，一般而言，较高的开关频率可以减小纹波电流。
开关电源参数计算精
1.原理图2.技术指标(1 输入电压:185V AC~240VAC(2输出电压1：+5VDC,额定电流1A，最小电流750mA ; (3输出电压2:+12VDC, 额定电流1A，最小电流100mA ; (4输出电压3:-12VDC ,额定电流1A，最小电流100mA ; (5输出电压4:+24VDC,额定电流1.5A，最小电流250mA ;(6输出电压纹波:+5V,±12V :最大100mV (峰峰值；+24V:最大250mV (峰峰值(7输出精度:+5V,±12V撮大± 5%; +24V:最大± 10%; (8效率:大于80% 3.参数计算(1输出功率：5V 112V 1224V 1.565out P A A A W =x + xx +x = (3-1 (2 输入功率：6581.2580%0.8out in P WP W ===(3-2 (3直流输入电压:采用单相桥式不可控整流电路(max240VAC 1.414=340VDCin V =x (3-3 (min185VAC 1.414=262VDCin V =x (3-4 (4最大平均电流：(m a x(m i n 81. 250. 31262inin in P W I A V V=(3-5(5最小平均电流： (min(max 81.250.24340 in in in P WI A V ==(3-6 (6峰值电流：可以采用下面两种方法计算，本文采用式(3-8的方法。
(minmax (min(min225581.251.550.4262out out out Pk C in in in P P P W I I A V D V V V x =====x (3-7 min 5.55.581.251.71262out Pk C in P W I I A V V x ==(3-8 (7 散热:基于MOSFET的反激式开关电源的经验方法:损耗的35%是由MOSFET产生, 60%是由整流部分产生的。
开关电源的设计及计算
开关电源的设计及计算1.先计算BUCK 电容的损耗（电容的内阻为R buck 假设为350m Ω，输入范围为85VAC~264VAC,频率为50Hz ，P OUT =60W,V OUT =60W ）：电容的损耗：P buck =R buck *I buck,rms 2I buck,rms =I in,min1**32−cline t F t c :二极管连续导通的时间t c =linelineF VpeakV e F **2)min(arcsin *41π−=3ms其中：V min =linein ch in in in F C D P V V *)1(***2min ,min ,−−V peak =2*V in,min其图中的T1就是下面公式中t c或：V min =η*)*21(**2**2min ,min ,in c line o in in C t F P V V −−所以(假设最低输入电压时，输入电流=0.7A)：I buck,rms =I in,min1**32−cline t F =0.7*13*50*32−=1.3A P buck =350m*1.32=0.95W第一步计算电容损耗是为了使用其中的t c 值,电容的容量一般通用范围选2~3μ/W ，固定电压为1μ/W2.输入交流整流桥的计算(假设V TO =0.7V,R d =70m Ω)在同一个时间内有两个二极管同时导通，半个周期内两个二极管连续导通I d,rms =c line in t F I **3min ,=m3*50*37.0=1.04AP diodes =2*(V TO *2min ,in I +R d *I d,rms 2)=2*(0.7*27.0+70m*1.042)=640mW 一个周期内桥堆损耗为:P BR=2*P diodes =2*640m=1.28W桥堆功耗超过1.5W 时，我个人认为应加散热器（特别是电源的使用环境温度较高时）变压器和初级开关MOS ：反激式开关电源有两种模式CCM 和DCM ，各有优缺点。
开关电源电容选择计算方法
开关电源电容选择计算方法开关电源的寿命很大程度受到电解电容的制约，而电解电容的寿命取决于其内核温升。
本文从纹波电流计算、纹波电流实测、电解电容选型、温度测试方法、寿命估算等方面，对电解电容作了全面的分析。
纹波电流产生的热量引起电容的内部温升，加速电解液的蒸发，当容值下降20%或损耗角增大为初始值的2~3倍时，预示着电解电容寿命的终结。
通过检查电容器上的纹波电流，可预测电容器的寿命。
本文以连续工作模式的反激变换器输出电容分析为例，重点从纹波电流角度全面分析电解电容的选型与寿命。
1、纹波电流计算假设已知连续工作模式的反激变换器，其输出电流Io 为1.25A，纹波率r为1.1，占空比D为0.62，开关频率为60kHz，由此可以计算次级纹波电流ΔIo和有效值电流Io.rms。
次级纹波电流ΔIo：有效值电流Io.rms：最终得到流过输出电容的纹波电流：图1直观的显示了该电容的纹波电流波形：图1 纹波电流波形2、电解电容选型由上述计算分析得到流过电容的纹波电流为1.72A，综合考虑体积和成本，选择了纹波电流为1.655A的电解电容。
该纹波电流需在电源开关频率下选择，如下列图某厂家电容手册的纹波电流有频率因子，不同频率下的纹波电流不同。
高频低阻电容均会给出100kHz下的纹波电流，本设计开关频率为60kHz，频率因子为0.96~1之间，在此取1即可。
图2 电容纹波电流频率因子注：纹波电流还有一个温度系数，例如105℃电容，在85℃环境温度下，允许的最大纹波电流约为额定最大纹波电流的1.73倍，该参数一般不在电容手册中表达。
3、纹波电流实测测试电解电容纹波电流时，需将电容引脚穿入电流探头中，通过示波器可读得交流有效值。
本设计实例的纹波电流测试结果如图3所示，示波器读得有效纹波电流为1.64A，与理论设计接近。
因此理论计算具有较大的工程指导意义。
图3 实测电容纹波电流4、温度测试方法测量容体表面温度Ts：需在电容器侧面的中间位置开展，如果由于外部影响导致电容器表面温度不均匀、不稳定，需综合测量电容器表面4个点的温度，再取平均值。
开关电源参数计算
(１)输入电压：１85V AC~24０V AC ﻩ（2）输出电压１：+5ＶＤC ，额定电流１Ａ,最小电流750ｍA ； (３）输出电压2:+12VDC ，额定电流１A,最小电流100ｍA; (４)输出电压3：－12V ＤC ，额定电流1A ，最小电流100ｍＡ; （5）输出电压4：+２4ＶD Ｃ，额定电流１。
5Ａ，最小电流250mA;（6)输出电压纹波:+５Ｖ,±12V ：最大１00m Ｖ(峰峰值）；+24Ｖ：最大２50m Ｖ(峰峰值)(7)输出精度：+5V ，±12V:最大± 5%；+24V ：最大± 10%； (8）效率:大于８０% 3. 参数计算 （1）输出功率：5V 112V 1224V 1.565out P A A A W =⨯+⨯⨯+⨯= （３—1)(2）输入功率:6581.2580%0.8out in P WP W === （3—２) (3）直流输入电压:采用单相桥式不可控整流电路(max)240VAC 1.414=340VDC in V =⨯ （３-3) (min)185VAC 1.414=262VDC in V =⨯ (3—4）(４)最大平均电流:(max)(min)81.250.31262in in in P WI A V V=== (3-5） (５)最小平均电流：(min)(max)81.250.24340in in in P WI A V === (3—6） (6）峰值电流:可以采用下面两种方法计算，本文采用式（3—８）的方法。
(min)max (min)(min)225581.25 1.550.4262out out out Pk C in in in P P P WI I A V D V V V⨯======⨯ (3-7）min 5.5 5.581.25 1.71262out Pk C in P WI I A V V⨯==== (３－8） (7）散热:基于ＭＯＳFET 的反激式开关电源的经验方法:损耗的3５%是由ＭＯS ＦE Ｔ产生,60%是由整流部分产生的。
反激式开关电源的设计计算
反激式开关电源的设计计算首先，需要明确设计参数：1. 输入电压（Vin）：反激式开关电源的输入电压一般为交流电网的标称电压，如220V或110V。
2. 输出电压（Vout）：反激式开关电源的输出电压需要满足目标设备的需求，例如5V、12V等。
3. 输出功率（Pout）：反激式开关电源的输出功率是根据目标设备的功率需求确定的，一般以瓦（W）为单位。
4. 开关频率（fsw）：反激式开关电源的开关频率一般在10kHz到100kHz之间，根据具体需求和性能要求确定。
设计步骤如下：1.计算电流和电压波形：根据输出功率和输出电压，可以计算出输出电流：Iout = Pout / Vout。
同时，可以根据输入和输出的电压波形关系，使用变压器的变比关系计算输入电流波形。
2.选择开关元件：根据开关频率和输出功率，可以选择合适的功率场效应管（MOSFET）作为开关元件。
选择时需要考虑开关速度、导通和截止损耗等因素。
3.选择变压器：根据输入和输出电压的变比，可以选择合适的变压器。
变压器的选择需要考虑输入输出功率、开关频率、能量传输效率等因素。
4.计算电感和电容：通过计算电流波形和电压波形的变化率，可以确定所需的输入和输出电感。
同时，通过计算输出电压的纹波和电流的纹波，可以选择合适的输出电容。
5.设计控制电路：根据输入和输出电压、开关频率以及开关元件的特性，设计合适的控制电路。
常见的控制方案有可变频率、可变占空比等，需要根据具体需求确定。
6.完善保护电路：7.电路仿真和优化：通过电路仿真软件可以对设计的开关电源进行仿真，并对效果进行优化，如进一步降低纹波、提高效率等。
以上是基于反激式开关电源的设计计算的基本步骤，实际设计中还需要考虑其他因素，如电源的稳定性、EMI（电磁干扰）等。
设计计算的具体细节和参数计算可以根据具体的需求和设备要求进行调整和优化。
升压电路开关电源计算公式
2、取电容C=470uF计算得输出纹波电压为0.039V。
3、取L=15uH计算ΔI=2.7A。
四、由以上数据可知
1、设计中采用4个470uF电容并联，容值过大，
2、所采的电感值使得ΔI=2.7A，能够满足电流的要求。
Ip为电感的平均输出电流，Ip=Iout
imax和imin为电感的最大电流和最小电流，
ΔI为输出电流的变化量，由图中可以得出，imax-imin=ΔI Ip=（imax+imin）/2 0<ΔI<2 Ip
取ΔI=@Ip @为ΔI与Ip之间的系数Ip=Iin=(Vo×Io)/Vi则电感L的值为
四：由以上公式计算得SU1219R的各项参数为
升压电路开关电源计算公式
一、线路图
二、电容C的计算
当Mosfet-N导通的时候，电感的一端接地，负载所用电流由电容提供。
其中：Io=输出电流，Δu=输出纹波电压，tON= Mosfet-N每个周期的导通时间
输出电流和纹波电压自行设计，需求出其tON
由以上二个公式可以求出C值的大小
三、电感L的计算
电感的输出电流随时间变化的曲线
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对滤波效果而言，电容的ESL和ESR参数都很重要，电感会阻止电流的突变，电阻则限制了电流的变化率，这些影响对电容的充放电显然都不利。
优质的电容在设计及制造时都采取了必要的手段来降低ESL和ESR，故而横向比较起来，同样的容量滤波效果却不同。
漏电流小，ESR小，一般都是认为要选择低ESR的系列，不过也与负载有关，负载越大，ESR不变时，纹波电流变大，纹波电压也变大。
我们从公式上来看看，dV=C*di*dt；dv就是纹波，di是电感上电流的值，dt是持续的时间。
一般的开关电源书籍都会讲到怎么算纹波，大题分解为：滤波电容对电压的积分+滤波电容的ESR+滤波电容的ESL+noise，如下图：
一般对纹波的计算通常是估算
有关开关电源纹波的计算，原则上比较复杂，要将输入的矩形波进行傅立叶展开成各次谐波的级数，计算每个谐波的衰减，再求和。
最后的结果不仅与滤波电感、滤波电容有关，而且与负载电阻有关。
当然，计算时是将滤波电感和滤波电容看成理想元件，若考虑电感的直流电阻以及电容的ESR，那就更复杂了。
所以，通常都是估算，再留出一定余量，以满足设计要求。
对样机需要实际测试，若不能满足设计要求，则需要更改滤波元件参数。
以Buck电路为例，电感中电流连续和断续，开关电源的传递函数完全不同。
电流连续时环路稳定，电流断续时未必稳定。
而电感中电流是否连续，除与电感量等有关外，还与负载有关。
更严重的是，电流是否连续还与占空比有关，而占空比是由反馈电路控制的。
不仅Buck，其它如Boost以及由基本拓扑衍生出来的正激、反激等也是一样。
若要求所有可能产生的工作状态下都稳定，通常要加假负载以保证Buck电路电感电流总是连续(对Buck/Boost或反激则保证不会在连续断续之间转变)，或者把反馈环路时间常数设计得非常大(这会在很大程度上降低开关电源的响应速度)。
对输出电压可调整的开关电源(例如实验室用的0～30V输出电源)，环路稳定的难度更大。
对这类电源，往往要在开关电源之后再加一级线性调整。
电解电容的选择很重要
在输出端采用高频性能好、ESR低的电容，高频下ESR阻抗低，允许纹波电流大。
可以在高频下使用，如采用普通的铝电解电容作输出电容，无法在高频（100kHz以上的频率）下工作，即使电容量也无效，因为超过10kHz时，它已成电感特性了。