Перейти к содержанию

Какой входной конденсатор нужен понижающему DC-DC?

Обновлено Редакция GAW

У понижающего преобразователя входной ток прерывистый: пока ключ открыт, от входа идёт весь ток дросселя, пока закрыт — почти ничего. Провода от блока питания такие скачки пропустить не могут из-за своей индуктивности, поэтому импульсы берёт на себя входной конденсатор. Петля «конденсатор — ключ — земля» — та самая горячая петля: чем она короче, тем меньше выбросы и помехи.

Ток пульсаций

Через входной конденсатор течёт переменная составляющая тока ключа. TI для LMR33630 даёт оценку худшего случая (ур. 8):

IRMS≈Iвых2I_\text{RMS} \approx \frac{I_\text{вых}}{2}

Это верхняя граница. В общем виде переменная составляющая прямоугольного входного тока зависит от коэффициента заполнения D ≈ Uвых/Uвх и максимальна при D = 0,5 — такую кривую приводит TI в SLTA055 (рис. 1):

IRMS≈Iвых⋅D (1−D)I_\text{RMS} \approx I_\text{вых} \cdot \sqrt{D\,(1 - D)}

Наш расчёт: для 12 → 3,3 В D ≈ 0,275, и IRMS ≈ 0,45 · Iвых — почти худший случай. Оценка по худшему случаю:

Ток нагрузкиДействующий ток через входной конденсатор
1 А0,5 А
2 А1 А
3 А1,5 А

Это значение сверяют с допустимым током пульсаций конденсатора из его даташита. У керамики он обычно большой, у мелкого электролита — нет, и электролит от такого тока греется.

Ёмкость и напряжение

  • Ёмкость. Минимум указан в даташите микросхемы: у LMR33630 — 10 мкФ керамики плюс 220 нФ в маленьком корпусе прямо у выводов VIN и GND.
  • Диэлектрик. X5R или лучше: у других классов ёмкость сильно падает от постоянного напряжения и температуры (SLVA477C). Насколько падает — в статье о DC bias.
  • Напряжение. Не ниже максимального входного, а TI советует двойное: для входа 12 В — 25 В.
  • Электролит параллельно — если источник подключён длинными проводами или сам проседает при скачках тока.

Остальные компоненты силовой части по шагам считает калькулятор DC-DC, а теория — в статье «Понижающий преобразователь».

Похожие вопросы

Можно ли поставить на вход DC-DC только электролит?

Нет: по TI большая часть импульсного тока ключа идёт через керамику у выводов микросхемы, и именно её короткая петля ограничивает выбросы. Электролит ставят дополнительно, параллельно керамике.

Зачем электролит, если керамика уже стоит?

Его умеренное ESR гасит звон, который возникает между керамикой и индуктивностью длинных проводов питания, и поддерживает вход при провалах от источника с большим внутренним сопротивлением. TI отдельно рекомендует его при длинных подводящих проводах.

Хватит ли керамики на 16 В при входе 12 В?

TI для LMR33630 требует номинал не ниже максимального входного напряжения и советует двойной. Есть и вторая причина взять 25 В: у керамики X5R и X7R под постоянным напряжением ёмкость падает, и у конденсатора на 16 В при 12 В её останется заметно меньше номинала.

Источники

  1. Texas Instruments. LMR33630 SIMPLE SWITCHER 3.8-V to 36-V, 3-A Synchronous Step-down Voltage Converter (SNVSAN3F, revised November 2020) — разд. 9.2.2.6 Input Capacitor Selection: не меньше 10 мкФ керамики на входе, на напряжение не ниже максимального входного, предпочтительно двойного; конденсатор 220 нФ в малом корпусе как можно ближе к микросхеме; электролит параллельно керамике гасит звон на длинных проводах питания и провалы от источника с большим сопротивлением; большая часть импульсного тока идёт через керамику, ур. 8 — действующий ток около IOUT/2 в худшем случае; разд. 10.1 — петля входной конденсатор — земля самая критичная на плате
  2. Texas Instruments. SLVA477C: Basic Calculation of a Buck Converter's Power Stage (revised September 2026) — разд. 6 Input Capacitor Selection: минимальная ёмкость указана в даташите, лучше керамика с малым ESR, диэлектрик X5R или лучше, иначе ёмкость сильно падает из-за постоянного смещения и температуры; при шумном входном напряжении ёмкость увеличивают
  3. Texas Instruments. SLTA055: Input and Output Capacitor Selection (February 2006) — разд. 1.2, рис. 1 — постоянная, переменная и полная действующая составляющие прямоугольного входного тока понижающего преобразователя в зависимости от коэффициента заполнения; переменная составляющая максимальна при 50 %, коэффициент заполнения примерно равен Uвых/Uвх; керамика у входных выводов снижает пульсации

Нашли ошибку?

Смотрите также