在模塊電源的設(shè)計與應(yīng)用中，保持電容的合理計算至關(guān)重要。保持電容的容量可以依據(jù)輸出直流電壓的紋波、電源中斷后保持時間和過渡時間來計算確定。在眾多應(yīng)用場景中，當(dāng)輸入電壓中斷一定時間時，要求電源仍能保持正常輸出，這就意味著變換器必須安全渡過故障期并保證輸出電壓穩(wěn)定不變。同時，許多系統(tǒng)還需要電源提供故障預(yù)警信號，以實現(xiàn)安全關(guān)機(jī)。

電容存儲能量與電壓的關(guān)系

電容存儲的能量與兩端電壓存在特定的關(guān)系，其表達(dá)式為：

式中， 表示存儲的能量， 表示電容兩端的電壓。當(dāng)通過電容向變換器供電時，電容消耗的能量等于功率與時間的乘積，即：

式中， 為功率， 為電容放電時間， 為  始點電容的電壓， 為  末點電容的電壓。

通過對上述等式進(jìn)行變換，我們可以計算出電容的容量：

根據(jù)定義，保持時間是從電源告警（BOK）到變換器關(guān)閉的時間。假設(shè)電源正常和變換器使能的門限值分別是 205V 和 185V，那么：

需要注意的是，在實際應(yīng)用電路中，保持電容 、 通常是串聯(lián)的。因此，每只電容的容量應(yīng)是上述計算值的兩倍，但額定電壓可降低至 200V。保持時間、輸出功率和總串聯(lián)電容量的關(guān)系如圖 2 - 13 所示。

根據(jù)紋波確定電容要求

我們可以根據(jù)允許的直流電壓紋波（或電容的紋波電流）來確定電容的要求。同時，還應(yīng)考慮變換器的紋波抑制和輸出的紋波電壓。Vicor 變換器的紋波抑制（）和輸入、輸出電壓的關(guān)系如下：

例如，對于一個 300V 輸入、15V 輸出的變換器，其紋波抑制為 56dB。若輸入紋波電壓為 10Vp - p，則輸出紋波為 15mVp - p。利用上述公式，我們可以計算出所需的電容值。這里， 和  分別是紋波的峰頂和谷底的瞬間電壓對應(yīng)整流電壓的峰峰值，時間變化  由下式確定：

式中， 為輸入交流電壓頻率， 為整流器導(dǎo)通角，導(dǎo)通角 。

在選擇保持電容時，還需要考慮額定紋波電流。電容的額定紋波電流必須高于工作紋波電流，工作紋波電流（）大致等于：

式中， 為工作功率， 為輸入交流電壓。

例如，負(fù)載電壓為 12V，負(fù)載所需功率為 320W。假設(shè)變換器的效率為 85%，則變換器的輸出功率為 375W，輸入交流電壓的范圍是 90～264V，要求保持時間是 9ms。

已知保持時間和輸出功率，按圖 2 所示，輸出總電容值應(yīng)是 820μF。由于兩個電容串聯(lián)，所以每個電容的值應(yīng)是 1640μF。需要強(qiáng)調(diào)的是，保持時間不依賴于輸入電壓。

計算過渡時間

過渡時間與輸入電壓、輸出功率的關(guān)系如圖 3 所示。當(dāng)輸入電壓為 90V 時，過渡時間為 68ms。應(yīng)當(dāng)說明，過渡時間是依賴于輸入電壓的。

計算保持電容的紋波電壓

紋波電壓與輸出功率的關(guān)系如圖 4 所示，保持電容兩端的紋波電壓應(yīng)是 12V。

計算 DC - DC 變換器的輸出紋波

紋波抑制與變換器輸出電壓的關(guān)系如圖 5 所示。對于 12V 輸出電壓的變換器，其紋波抑制約為 60dB。因為直流電壓的紋波是 12V，所以由輸入造成的變換器輸出紋波（120Hz）應(yīng)是 12mVp - p。應(yīng)當(dāng)注意，新一代變換器的紋波抑制都大于 Vl - 200 系列及 VI - J00 系列變換器。