怎么计算电容的保持时间?

发布时间:2021-05-07

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电容的核心作用是储能。

在电源设计中,有时候需要堆砌电容来实现某种目的。

1. 应付负载的瞬态大电流的需求(Inrush Current);

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图1. 负载的瞬态电流示意

2. 延缓输出电压的保持时间为负载做好掉电备份争取时间。

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图2. 输出电压保持示意

应付负载端的瞬态大电流,最简单的方法是选择带载能力较大的电源模块,也就是说电源的最大输出电流能力需要大于瞬态电流的峰值。

当然,这也是最不经济的方法,你不得不为瞬态电流而买单。

如果,瞬态电流持续时间很短(《1ms),则不建议增大电源模块的带载能力而是增大输出电容的容值。

如图3所示,

做了简单的仿真。470uF的电容,初始电压为7V,以500mA恒流进行放电,电容电压下降至5V,所需时间约为2ms。

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图3. 使用恒流源对电容电压的保持时间的仿真

考虑到实际的负载不是恒流源一般理想,使用10 欧姆电阻进行模拟,如图4。负载电流随时间的推移而变化(700mA@7V~500mA@5V)。

仿真所得电容的保持时间约为1.8 ms,结果与恒流源模拟结果基本一致。

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图4. 使用电阻对电容电压的保持时间的仿真

输入掉电过程中,输出电压延缓跌落,输入保持的分析与上述类似。两者的共同点是都需要涉及计算电容的电压保持时间的计算。

计算公式的推导以电容的储能为基准:

电容:C=Q/U

电量:Q=I*t

功率:P=U*I=Q*U/I

能量:E=P*T=Q*V

电容的起始电压:Vcc_normal

负载的最低工作电压:Vcc_min

电容放电时间计算:

C=(Vcc_normal+Vcc_min)*I*t/(Vcc_normal^2-Vcc_min^2)

t=C*(Vcc_normal^2-Vcc_min^2)/[(Vcc_normal+Vcc_min)*I]

将图3的案例带入计算公式,计算结果与仿真结果接近

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