基础知识:同步Buck降压变换器输入电容电流的有效值计算


选取同步Buck降压变换器输入电容时,要根据其电流波形,计算有效值的电流。当上管开通时,下管关断;上管关断时,下管导通续流,其电流的通路分别如图1、图2所示。


图1:上管开通时电流的通路

图2:上管关断时电流的通路 


如果规定输入电容的参考电流向上也就是放电的方向为正方向,那么,上管开通时:

ITH=IIN+ICIN


其中,ITH为上管的电流,IIN为输入电流,ICIN为输入电容的电流。

 

上管关断的:

IIN=-ICIN


输出电感的电流IL的平均值为Io,一个完整的开关周期的各电流的波形如图3所示。


图3:同步Buck降变换器电流波形


输入电容的电流的有效值RMS为:


不考虑效率,则有:


将IIN、I1和I2代入(1)式:

公式化简过程如图所示。


 

图4:公式化简


如果不考虑输出电感电流的纹波,将输入的梯形波看成方波,即:r=0,那么,输入电容有效值电流近似为:

 

这个公式也就是在很多BUCK IC的数据表中看到的简化计算输入电容有效值电流的公式。


若VIN=19V, Io=10A,分别计算Vo=1V、Vo=5V,以及 r=0、r=0.1、r=0.3、r=0.4的输入电容有效值电流,如表1所示。

 

表1:输入电容有效值电流


由表1计算结果可以看到:输入电容有效值电流近似公式计算的结果,和精确公式计算的结果,误差非常小,输入电容有效值电流完全可以使用似公式计算

 

小贴士:通用波形有效值计算公式

图5通用波形


通用波形分段线性,有效值计算公式如下: