在模塊電源的設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，保持電容的計(jì)算是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，它對(duì)于確保電源在輸入電壓中斷時(shí)仍能正常輸出，以及保障系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。本文將詳細(xì)介紹模塊電源保持電容的計(jì)算方式，包括基于輸出直流電壓紋波、電源中斷后保持時(shí)間和過渡時(shí)間的計(jì)算方法，同時(shí)還會(huì)探討相關(guān)的注意事項(xiàng)和實(shí)際應(yīng)用。

保持電容容量的基本計(jì)算原理

保持電容的容量可依據(jù)輸出直流電壓的紋波、電源中斷后保持時(shí)間和過渡時(shí)間計(jì)算確定，其原理基于電容存儲(chǔ)的能量與兩端電壓的關(guān)系。電容存儲(chǔ)的能量公式為：，其中為存儲(chǔ)的能量，為電容容量，為電容兩端的電壓。當(dāng)通過電容向變換器供電時(shí)，電容消耗的能量等于功率與時(shí)間之積，即，這里為功率，為電容放電時(shí)間。由此可得等式，其中為始點(diǎn)電容的電壓，為末點(diǎn)電容的電壓。通過變換這個(gè)等式，可計(jì)算出電容的容量：。

在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)定義，保持時(shí)間是從電源告警（BOK）到變換器關(guān)閉的時(shí)間。假設(shè)電源正常和變換器使能的門限值分別是 205V 和 185V，則電容容量計(jì)算公式可進(jìn)一步簡化為。需要注意的是，在實(shí)際應(yīng)用電路中，保持電容、通常是串聯(lián)的，所以每只電容的容量應(yīng)是上述計(jì)算值的兩倍，但額定電壓可降低至 200V。保持時(shí)間、輸出功率和總串聯(lián)電容量的關(guān)系如圖 1 所示。

基于直流電壓紋波確定電容要求

根據(jù)允許的直流電壓紋波（或電容的紋波電流）可確定電容的要求。同時(shí)，還應(yīng)考慮變換器的紋波抑制和輸出的紋波電壓。以 Vicor 變換器為例，其紋波抑制（）和輸入、輸出電壓的關(guān)系如下：。例如，對(duì)于 300V 輸入、15V 輸出的變換器，其紋波抑制是 56dB。若輸入紋波電壓為 10Vp - p，則輸出紋波為 15mVp - p。這里，和分別是紋波的峰頂和谷底的瞬間電壓對(duì)應(yīng)整流電壓的峰峰值，時(shí)間變化的計(jì)算公式為，其中為輸入交流電壓頻率，為整流器導(dǎo)通角，導(dǎo)通角。在這個(gè)時(shí)間內(nèi)，電容必須保持合適的直流電壓。

額定紋波電流的考慮

選擇保持電容時(shí)，還需考慮額定紋波電流，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：，其中為工作功率，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%，則其輸出功率為 375W，輸入交流電壓的范圍是 90～264V，要求保持時(shí)間是 9ms。已知保持時(shí)間和輸出功率，按圖 2 所示關(guān)系，輸出總電容值應(yīng)是 820μF。因?yàn)閮蓚€(gè)電容串聯(lián)，所以每個(gè)電容的值應(yīng)是 1640μF。需要注意的是，保持時(shí)間不依賴于輸入電壓。

過渡時(shí)間的計(jì)算

過渡時(shí)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(shí)，過渡時(shí)間為 68ms。應(yīng)當(dāng)說明，過渡時(shí)間是依賴于輸入電壓的。

保持電容紋波電壓和 DC - DC 變換器輸出紋波的計(jì)算

保持電容兩端的紋波電壓與輸出功率的關(guān)系如圖 4 所示，在本中，保持電容兩端的紋波電壓應(yīng)是 12V。DC - DC 變換器的紋波抑制與變換器輸出電壓的關(guān)系如圖 5 所示，對(duì)于 12V 輸出電壓的變換器，其紋波抑制約為 60dB。因?yàn)橹绷麟妷旱募y波是 12V，所以由輸入造成的變換器輸出紋波（120Hz）應(yīng)是 12mVp - p。需要注意的是，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。

綜上所述，在模塊電源設(shè)計(jì)中，準(zhǔn)確計(jì)算保持電容的容量、考慮紋波電流和紋波電壓等因素，對(duì)于保障電源的穩(wěn)定運(yùn)行和系統(tǒng)的可靠性至關(guān)重要。通過合理選擇和計(jì)算保持電容，可以有效應(yīng)對(duì)輸入電壓中斷等情況，確保電源在故障期內(nèi)仍能正常輸出，為電子設(shè)備的穩(wěn)定工作提供有力支持。