温度条件下电解电容器对开关电源电路的纹波噪声影响

朱 浩，王文兵

（1.陆军装备部驻南京地区军事代表局驻合肥地区军事代表室，安徽 合肥 230000；2.合肥同智机电控制技术有限公司，安徽 合肥 230000）

0 引 言

开关电源电路中电解电容器作为滤波器件进行充电和放电，影响输出电源的纹波电压。在设计开关电源电路时，经常只关注输出电容的容量，忽略了温度对输出电源纹波噪声的影响。实际工程应用中，除了考虑电容的容量因素，还需考虑不同温度工作条件下等效串联电阻和容量变化因素，尤其低温工作条件下，对输出电源纹波的影响[1]。

1 低温条件下铝电解电容引起输出电压的纹波噪声偏大

以Buck开关电源电路为例，将直流24 V电源变换为直流5 V，电源电路设计如图1所示。开关电源芯片Uo输出为一定开关频率的电压脉冲，经电感L1和电容C3滤波后输出稳定电源。开关电源电路的供电电压为直流24 V，输出电压为5 V，输出纹波为：

图1 Buck开关电源电路

式中，ΔU表示输出电压纹波，ΔI表示电感电流纹波，一般取输出电流的10%～20%，CO表示输出滤波电容，T表示开关周期。

通过分析，输出电压纹波与输出滤波电容成反比。在实际工程应用中，随着环境温度的变化，输出电源的纹波也会随着改变。在常温环境和低温-40 ℃环境下，分别测试开关电源电路输入电压和5 V电源电压，波形如图2和图3所示。通过对比，在输入电压相同，输出负载相同的条件下，低温环境下开关电源电路输出纹波比常温环境下的纹波增加780 mV，5 V纹波增加导致负载电路工作异常。一些工程项目5 V纹波超过500 mV，则会导致负载电路工作异常[2]。……