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讨论开关电源输出滤波电容ESR问题

设计开关电源需要根据电感、输出滤波电容容量及ESR等参数设计环路补偿参数。

有的时候不一定能找到滤波电容手册,只能用LCR测出ESR。

假设开关频率为100Khz~150KHz。手持LCR可选的测量频率通常只有100Hz/120Hz、1KHz、10KHz、100KHz几档。测量附图这种常用的绿皮电解电容时可以发现,随着测量频率升高测得的容量会减少。这个不难理解,是因为随着频率升高,ESL的感抗抵消了一部分容抗,所以测得的容量变小了。

当用100KHz测量时,测得的电容容量经常为负数。这说明这个电容的谐振频率低于100KHz,在100KHz频率下感抗已经大于容抗了,整个电容呈现电感特性。

现在问题来了:

(1)100KHz下用LCR测得的容量为负数的电容,能否用于开关频率在100KHz或以上的开关电源?     

直觉是不行,都呈感性了,应该是起不到滤波作用了。可是有些电源芯片厂商的参考板(开关频率150Khz以上)上确实用了这种电容,说明应该是能用。这个问题应该怎么理解?还有,这种情况下测得的ESR是否有效?

(2)开关电源输出滤波电容通常会并联MLCC,用LCR测的时候是不是应该并联MLCC后再测?专业电源研发工程师,是查电容手册(然后可能还要做一些计算)得到ESR,还是并联MLCC后再用LCR去测?

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06-10 18:51

用肯定是可以用的,它的电容特性还在哪里,只是ESL过大会导致纹波电压和噪声电压变大,这时候并联薄膜电容来减小ESL就很有效果,一般的开关电源都是而这组合使用的。利用他们各自的优点。

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06-13 08:48

一般般

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06-16 10:39
@川理学子
用肯定是可以用的,它的电容特性还在哪里,只是ESL过大会导致纹波电压和噪声电压变大,这时候并联薄膜电容来减小ESL就很有效果,一般的开关电源都是而这组合使用的。利用他们各自的优点。

结论应该没什么悬念,毕竟很多电源都这么用。

我的关注点在于如何从理论上解释。电解电容(做为电源输出滤波电容)在100KHz呈感性,更高的频率(比如150KHz肯定还是感性)。开关电源(以Buck为例)电感电流为三角波,负载电流稳定时,电源输出滤波电容电流也是三角波。其基波是电源开关频率,各次谐波频率更高。也就是说这颗电容在这个开关电源的整个频谱内都呈感性,那它是如何实现滤波的?

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