過去，設計人員會使用各種近似值和“經驗法則”來選擇轉換器的總線電容器 (Cbus)，這些方法并不是特別準確。
經驗法則：低壓輸入2uF/W，高壓輸入1uF/W
本文提供了一種快速可靠的選擇最小電解輸入總線電容器的方法，這些電容器將在帶有電容輸入濾波器的 AC-DC 轉換器中提供所需的使用壽命。我們以準諧振反激式轉換器為例（圖 1）。
圖 1. 簡化的低功耗 AC-DC 適配器反激原理圖
總線電容器 Cbus，有時稱為大容量電容器，用于存儲能量 (w) 并將其傳送到電力系統。
電容器 Cbus 每半個線周期由低頻電流充電，并由轉換器汲取的高頻電流脈沖連續放電。 該動作導致低頻交流電流 (Ilf) 和高頻交流電流 (Ihf) 通過 Cbus。 本應用簡介將使用電路仿真來獲得 Ilf 的 RMS 電流并計算通過 Cbus 的 Ihf。
總線電容器 (Cbus) 選擇算法包含基于輸出功率要求 (Pout)、假定效率 (η) 和轉換器的占空比 (D) 的電路模型的幾次仿真迭代，該算法可以選擇符合以下條件的電容器 將提供應用程序所需的使用壽命。
該算法將針對具有以下規格的轉換器進行說明：
• Pout = 45W 輸出功率
• Vout = 20-V，輸出電壓
• Vin = 85-265-V RMS，輸入電壓
• η = 90%• Vbus(min) = 75 v，允許的最低直流母線電壓
• 使用壽命：2000 小時@滿載，100v 50hz 輸入，80°C 內部環境溫度。
• fsw = 100 khz，轉換器開關頻率@最高 Ilf 和 Ihf
• Dmax = 50%，最大占空比
選擇母線電容器 (Cbus)：
1. 選擇一個大于最大母線電壓 (Vbus(max)) 的母線電容器額定電壓。 Vbus(max) 可以根據最大 RMS 輸入電壓 (Vin(max)) 使用公式 3 計算。對于此設計，最大母線電壓將為 375-V，Cbus 的額定電壓需要比計算的電壓更高，因此 400-V 適合此設計。
2. 假設最小直流母線電壓為 75V，計算轉換器的平均輸入電流并根據 120uf/安培直流選擇初始母線電容器 (Cbus(init)) 值：
3.我們選擇下一個等于或大于Cbus(init)的標準值電容
4. 使用電路模擬器和圖 2 中所示的模型來提取最大 Cbus 低頻電流 (Ilf)，它出現在最大輸出功率和最小輸入電壓下。 為了避免在 Cbus 上的分壓器處被零分頻，應將其設置為正電壓（例如 70-V）并運行仿真直到電路達到穩態。
圖 2. Cbus 低頻電流 (Ilf) 仿真模型
82uf 電容產生的最小總線電壓為 71.6v，低于 75v 的最小總線電壓要求，因此必須選擇更大的電容值。
圖 3. 第一個 Vbus 紋波電壓仿真
5. 選擇兩個并聯的 47uf 電容器，總共 94 uf 產生 78-V 的最小總線電壓和 924 mA 的總 (Ilft)，100-Hz RMS 低頻電流，（462 mA 的低頻電流（Ilf ) 通過每個 Cbus 電容器)。
圖 4. 紋波電壓仿真，Cbus = 2x47uf
通過在兩個電容之間插入一個 RF 濾波器電感 (Lf)（圖 5），將兩個電容器并聯提供了創建差模 EMI π 濾波器的機會（圖 5），這將迫使高頻電流流入 Cbusb，但具有 對兩個電容之間的低頻電流共享影響不大。
圖 5. 低功耗離線電源適配器
在此示例中，通過母線電容器 (Cbusb) 的最大高頻 RMS 電流 (Ihf) 可以根據 pout、Vbus(min)、估計效率 (η) 以及了解轉換器的最大占空比來計算。 對于此設計示例，最大占空比限制為 50%。
首先計算峰值開關電流（Iswpk）：
使用 Iswpk，可以計算 Ihf RMS 電流：
6. 仿真完成并且設計中使用的總線電容器的 Ilf 仿真值和計算出的 Ihf 后，從電解電容器系列的數據表中提取額定 120 Hz 紋波電流 (Ilf)， 在電流 Ilf 和額定環境溫度下，頻率紋波電流系數 (K) 和額定負載壽命 (L) 為 47-uf、400-V。 對于我們的示例，我們選擇了一個 47 µf 電容器，其 100 kHz 紋波電流額定值 (Ilf ) 為 1.2A @85°C，頻率紋波電流紋波系數 K 為 2，負載壽命 L 為 2000 小時 @85° C。
7. 使用公式 4 計算總線電容器中的有效 RMS 電流 (Ieff)（推導公式后文會展現）：
8. 電容器的負載壽命 Lx 可以使用公式 13 計算。 在我們的設計示例中，我們根據以下條件計算 lx：
• Tmax 是數據表中的額定環境溫度（我們的案例為 85° C）
• Δtmax 是高于環境 tmax 的最大允許熱點溫升（對于 105°C 額定電容器通常為 5°C，對于 85°C 額定電容器通常為 15°C ）
• L 是@額定環境溫度 Tmax 下的額定負載壽命（我們的案例為 2000 小時）
• Tx 是工作環境溫度（我們的案例為 80°C）
• 在我們的示例中，電容器的壽命計算為 2144 小時
• 如果此使用壽命不可接受，則可以選擇下一個更大的值或更高的環境溫度（105 攝氏度而不是 85 攝氏度）– 更改將對尺寸和/或成本產生影響。
通過使用適當的仿真和建模，可以更準確地選擇一個或多個總線電容器，以滿足在低功耗離線反激式轉換器中的設計要求。 這種技術可以更準確地預測低頻和高頻母線電容器 RMS 電流，可用于為設計選擇更好的總線電容器，并具有更長的使用壽命。
公式推導：
1.有效RMS電流（Ieff）：由于電容器在環境以上的最大內部溫升相同，因此低頻和高頻紋波電流功耗必須相等：
（其中k為datasheet提供的頻率紋波電流系數）因此，高頻ESR為：
低頻和高頻電流混合的等效 RMS 電流為：
2. 預期壽命計算：電解電容器的預期壽命與溫度之間的關系遵循阿列尼烏斯定律，即溫度每升高 10°C，壽命減少 2 倍。 對于額定環境溫度為 105°C 和 85°C 的電容器，大多數電容器制造商指定的內部熱點 ΔT 分別為 5°c 和 15°c。
定義：
• Tmax 額定環境溫度
• ΔTmax 允許的最大內部熱點溫升高于 Tmax
• Tx 工作環境溫度
• ΔTx 工作熱點溫升高于 Tx
• L Tmax 時的額定負載壽命
• Lx 負載壽命在 Tx
