电源技术网|技术阅读
登录|注册

您现在的位置是:电源技术网 > 技术阅读 > 电容并联,可以分流吗?答案是肯定的,“电容并联,可以分流”

电容并联,可以分流吗?答案是肯定的,“电容并联,可以分流”

????关注“电源先生”,解析开关电源????

内容声明:部分图文参考网络公开内容,如有侵权,联系删除。

更新说明:①《开关电源宝典 降压电路(BUCK)的原理与应用》已经完成24万字600多页,初稿仍在完善中,部分章节内容不完整,无法严格按照章节顺序更新...②通常只能利用睡觉、工作之外属于我们自己的第三个8小时及周末写作,同时更新到订阅号中,所以是“每周&不定时”更新...

------------------------------------------------1. 简介前文[]、[]通过实例和测量结果说明了,当两个或多个电容并联时,电容量越大,对应的充放电电流也越大。

图 0.1 电容并联(这里特指输入电容C1和C2)但是,如图0.1所示,前两篇文章仅给出了如下结论,并未进行深入的理论分析:

在总的输入端输入电容电流为ICIN、负载电流为Iout、C1 < C2的情况下,有:

IC1 < IC2

ICIN = Iout = IC1 + IC2

IC1 = Iout * C1 / (C1 + C2)

IC2 = Iout * C4 / (C1 + C2) 

所以,此文将从数学的角度证明“电容并联,可以分流”这个电学规律。

2. 电容的“欧姆定律”

能流过电容器的电流量取决于电流频率,也取决于电压在电容器极板上建立得有多快。在概念上,电容器对电流的“阻力”反比于电容量,也反比于频率(参考容抗表达式(0.1))。相对地,电阻器对电流的“阻力”正比于电阻量,且与频率无关。

纯电容的容抗表示如下:

注意,该容抗表达式有负号(-),当讨论由电阻、容抗和感抗组成的阻抗时,这点是重要的。容抗有负号,涉及一种称为“复数代数”的代数学。从概念上来说,容抗中负号的简单解释是,通过电容器的电压相移(相对于电流)为-90°。

欧姆定律适用于电阻,同样也适用于电抗(包括容抗和感抗)。因此,电容器的欧姆定律可以表示如下:

其中,V是电压(单位:V);Xc是电容器的电抗,也就是容抗(单位:Ω);I是电流(单位:A)。

对于电容器的容抗,其欧姆定律的另外两种表达方式如下:

3. 基于“欧姆定律”的分析方法

(1) 在不考虑容抗表达式(0.1)中“负号”的情况下,由公式(0.1)和(0.3)可得,电容器的电流与电容量、频率的关系如下:

由此可见,在f和V都不变的情况下,电容器的电流与其电容量成正比关系。

(2) 图 0.1所示,将公式(0.5)分别应用于C1和C2,它们的支路电流分别如下:

联立上述两个公式(0.6)和(0.7),可得关系式如下:

由此可见,对于电容器来说,(C)能力越大,(I)责任越大。

(3) 根据公式(0.6)和(0.7),,C1和C2两个电容并联之后的总电流如下:

基于上述公式(0.9)可以解得 (2πf)×V 的表达式如下:

(4) 将上述公式(0.10)分别代入公式(0.6)和(0.7),C1和C2两个电容并联后的支路电流也可以表示如下:

由此可见:1)在总电流IC大小确定的情况下,并联电容各自支路上的电流大小,与其电容量成正比关系;如果C1大于C2,那么IC1就大于IC2,反之也成立。2)在已知电容量C1和C2的情况下,只要知道了IC1、IC2或ICIN中的一个,另外两个也是确定的。

4. 基于“电荷守恒”的分析方法

由上述“电荷公式列传”中的电荷公式(0.13)可知,对于电容来说,在∆T和∆U不变的情况下,电容器的电流与其电容量成正比关系。这与前文公式(0.5)的结论是相同的。

(1) 图 0.1所示,将公式(0.13)分别应用于C1和C2,它们的支路电流分别如下:

联立上述两个公式(0.14)和(0.15),可得关系式如下:

由此可见,公式(0.16)与公式(0.8)具有相同的表达形式,二者是等同的。对于电容器来说,(C)能力越大,(I)责任越大。

(2) 根据公式(0.14)和(0.15),C1和C2两个电容并联之后的总电流如下:

基于上述公式(0.17)可以解得 ∆V/∆T 的表达式如下:

可见,公式(0.10)与公式(0.18)的右侧具有相同的表达形式,二者也是等同的。

(3) 将上述公式(0.18)分别代入公式(0.14)和(0.15),C1和C2两个电容并联后的支路电流也可以表示如下:

由此可见:1)在总电流IC大小确定的情况下,并联电容各自支路上的电流大小,与其电容量成正比关系;如果C1大于C2,那么IC1就大于IC2,反之也成立。2)在已知电容量C1和C2的情况下,只要知道了IC1、IC2或ICIN中的一个,另外两个也是确定的。5. 小结

(1) 此文,分别基于“欧姆定律”和“电荷守恒”两个定律,从数学的角度,证明了“电容并联,可以分流”这个电学规律。

(2) 对比公式(0.10)与公式(0.18),公式(0.10)中的 ω=2πf 是交变电流的角频率,频率 1/∆T 也是对电容充放电的频率。问题是:ω=2πf 与 1/∆T 似乎并不等同,那么二者的本质差异是什么呢?

与朋友分享你的世界,点点“在看