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电容充电电路工作原理以及计算

硬件那点事儿 来源:硬件那点事儿 作者:硬件那点事儿 2022-05-16 09:17 次阅读

一.前言

与纯电阻电路不同,具有电容的电路中的电压不会立即进入稳定状态。当我们把电压源施加到下图RC 电路中,然后当 S1闭合时,电容C两端的电压将从零以指数方式上升到最终值。在这种情况下,电路中的电流也呈指数衰减,直到电容器充满电时,其两端电压达到电源电压。电容上的电压和电流发生变化的情况被称为瞬态条件。电容在上电启动期间发生的瞬态变化是由于充电造成的。

poYBAGKAY5-ABSBVAABHaTALHrI447.png

二.理论分析

电容在上电时导致的瞬态峰值电流非常高,这可能会损坏电路中的其他器件。当开关S1闭合时,瞬态电流与电容和电压变化率的乘积成正比:

poYBAGKAZPGAJITPAAAlIoWwawM834.png

从公式可以看出,一旦电容两端施加的电压不再变化,电流i为零。所以一旦达到稳定阶段,电路中的电流由电阻R的阻值和电路的负载决定。

当S1闭合而S2保持打开时,电容将开始充电。在这种情况下,电阻和电容中的电流之和始终为零。这是由于两个电流之间存在180度的相位差。

pYYBAGKAZg-ANEJmAABhn5NAUww477.pngpYYBAGKAZaKAVgdLAABRiVZI97M339.png

整合一下上面的公式可以得到:

poYBAGKAZcGAQ_trAAAt__rI21o497.png

从而我们可以得到电容充电电压随时间的变化关系式:

poYBAGKAZfaANBncAABNDfRy54M540.png

电阻两端的电压等于输入电压V减去电容C的电压:

poYBAGKAZl-AdIlXAABTGoRzlLk449.png

通过仿真软件,我们可以得到R和C上对应的各自电压的波形,绿色曲线是电容上的电压,而蓝色曲线是电阻上的电压的波形。电源电压设置为 10V,可以看出电容的电压一开始为零,然后以指数方式稳定到输入电压(此时电容器已充满电)。

poYBAGKAZjWAOj6tAABZjMMjNxY106.png

三.RC常数

时间常数等于电阻R和电容C的乘积,代入一个时间常数可以得到充电电压值:

pYYBAGKAZ8KAZ6ToAABS9my6eVQ727.png

那么在5个时间常数可以得到充电电压值为:

poYBAGKAaAOAGegoAABG9-6sZ8c776.png

所以这里你就明白了为什么常说3-5RC时间段内电容电压就基本充满了,一般估算电容的充电时间用。

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    发表于 07-30 05:02 203次 阅读

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    5系列是微功率低压差(LDO)线性稳压器,提供各种输出电压以及封装,SOT-223和SOP-8表面贴装封装。这些器件具有极低的静态电流,能够提供高达300mA的输出电流。输出端存在短路,内部热关断电路提供内部电流和热限制保护。 MC33375有一个控制引脚,允许逻辑电平信号关闭或转向 - 关于稳压器输出。 由于低输入至输出电压差和偏置电流规格,这些器件非常适用于电池供电的计算机,消费类和工业设备,其中延长了有用的电池寿命理想。 特性 低静态电流(OFF模式下为0.3 mA; ON模式下为125 mA) I O = 10 mA时输入至输出电压差为25 mV,I O时为260 mV = 300 mA 极其严格的线路和负载调节 稳定,输出电容仅为0.3 2.5 m输出电压3 mF 内部电流和热限制 逻辑电平开/关控制 应用 终端产品 电池供电的消费类产品 HandHeld Instruments 可携式摄像机和相机 摄像机和相机 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-30 05:02 581次 阅读
    MC33375 LDO稳压器 300 mA 高PSRR 带开/关控制

    FAN48617 固定输出同步TinyBoost®稳压器

    17 电路图、引脚图和封装图
    发表于 07-30 05:02 322次 阅读

    NCP1594A 同步DC-DC降压转换器 集成 2.9至5.5 V 4A 开关频率高达2 MHz

    4A提供了极大的灵活性,可以进行设计优化。该部件能够优化尺寸与效率之间的权衡和可调节性,以满足各种POL应用。可调功能包括软启动时序,开关频率,输出电压和工作模式(固定CCM模式或DCM / CCM操作)。附加功能包括REFIN输入,允许使用外部参考,可用于DDR终端应用。可通过两个输入选择九个输出电压,或者可通过两个外部电阻在外部调节该部件.NCP1594A具有过流,欠压和热故障保护功能。该部件在-40C至85C之间完全指定。 特性 优势 2.9 V至5.5V的操作 允许从3.3V或5V总线轨操作 可调频率从500 kHz到2 MHz 优化总体规模与效率的权衡 9固定输出电压或外部可调低至0.6V 节省外部电阻和/或提供设计灵活性 欠压,过流和过温保护 保护IC免受故障 可调节软启动 设置受控输出斜坡上升时间 安全启动到prebias输出 防止来自输出电容器的反向电流 外部参考输入 允许更改输出并可用于DDR终止应用程序 逐周期过流 防止过流情况 可调开关频率从500kHz到2MHz 在规模和效率方面优化设计 REFIN输入 允许在...
    发表于 07-30 04:02 365次 阅读

    LV52117QA 用于LCD面板的双输出DC-DC转换器

    7是一款高电流双输出DC-DC转换器,可产生正电压和负电压。 LV52117特别适用于LCD显示器等电源应用。 特性 集成1.5MHz同步升压和逆变器转换器 2.75V至4.6V输入电压范围 4.6V至5.8V可调正输出(VDCO1) -5.8V至-4.6V可调负输出(VDCO2) 输出电流高达100mA 脉冲跳跃模式低负载条件 过流/短路保护 终端产品 液晶面板 电路图、引脚图和封装图
    发表于 07-30 00:02 436次 阅读

    LP2951_XFCS LDO稳压器 100 mA 带有错误标志输出

    _XFCS 电路图、引脚图和封装图
    发表于 07-29 23:02 161次 阅读

    KA78R LDO稳压器 1 A 5至15V 带固定输出

    XC是一款适用于各种电子设备的低压差稳压器。它提供带有TO-220-4引线全模封装的恒压电源。在满额定电流(1A)下,KA78RXXC的压差低于0.5V。该稳压器具有各种功能,如峰值电流保护,热关断,过压保护和输出禁用功能。 特性 1A / 3.3V,5V,8V,9V ,12V,15V输出低压差稳压器 TO-220全模封装(4pin) 过流保护,热关机 过压保护,短路保护 带输出禁用功能 应用 此产品是一般用途,适用于许多不同的应用。 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 23:02 411次 阅读

    NCV8537 LDO稳压器 500 mA 低压差

    7是一款高性能低压差线性稳压器。该器件基于流行的NCV8535,保留了其前代产品的所有最佳功能,包括高精度,出色的稳定性,低噪声性能和反向偏置保护,但现在包含一个电源良好输出信号,可以监控电源系统。 NCV8537完全符合AECQ100和PPAP标准。该器件的工作温度范围为-40℃至125℃,可提供固定或可调输出,采用10引脚3x3 mm DFN封装。 特性 优势 线路和负载高精度输出差异 多种应用的多功能解决方案 工作温度范围:-40C至125C 适用于汽车应用 低噪声(33 Vrms w / 10 nF Cnr和52 Vrms w / out Cnr) 非常受音频和娱乐系统欢迎 电源良好输出可用 自我监控调节器在哪里指定限制。 M最大电压输入16V,输入工作电压范围2.9 V至12 V. 性能稳定 符合AECQ100和PPAP 适用于汽车应用 应用 终端产品 网络系统,DSL /电缆调制解调器 汽车应用音频系统 导航系统 PCMCIA卡 手机 Camcoders and Cameras Cable SetTop Box MP3 / CD播放器 远程信息处理 导航系统 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 23:02 262次 阅读

    NCV8518C LDO稳压器 200 mA 看门狗唤醒 复位和使能

    8C器件是一款精密微功率稳压器。它具有5.0 V的固定输出电压,可在±2%范围内调节。它适用于所有汽车环境,并包含控制微处理器所需的所有功能。该器件具有低压差和低静态电流。它包括看门狗定时器,可调复位,唤醒和使能功能。该器件还包括安全功能,如热关断和短路保护。它能够处理高达45 V的瞬变。 特性 输出电压选项:5.0 V 输出电压精度:±2% 输出电流高达250 mA 低压差 70μA的低静态电流 低睡眠模式电流小于1.0μA 微功率兼容控制功能: - ENABLE - 看门狗 - 重置 - 唤醒 保护功能: - 热关断 - 电流限制 AEC-Q100 1级合格且PPAP能力 应用 终端产品 车身和底盘 仪器和集群 发动机控制单元 汽车 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 23:02 226次 阅读
    NCV8518C LDO稳压器 200 mA 看门狗唤醒 复位和使能

    NCV8535 LDO稳压器 500 mA 低Iq 超高精度 带使能

    5低静态电流低压降(LDO)线性稳压器是一款高性能LDO稳压器。它具有+/- 0.9%的线路和负载精度以及超低静态电流和噪声,涵盖了当今消费类电子产品所需的所有必要功能。这种独特的器件保证在没有最小负载电流要求的情况下保持稳定,并且对于任何类型的小至1.0 uF的电容器都是稳定的。 NCV8535还配备了感应和降噪引脚,以提高设备的整体实用性。 NCV8535提供反向偏压保护。 特性 线路和负载的高精度(25℃时+/- 0.9%) 满载时的超低压降(典型值260 mV) 稳定性无最小输出电流 低噪声(31 uVrms) w / 10 nF Cnr和51 uVrms w / out Cnr) 低关断电流(0.07 uA) 反向偏向保护 2.6 V至12 V电源范围 热关断保护 目前的限制 仅需1.0 uF输出电容以确保稳定性 使用任何类型的电容器(包括MLCC)均可稳定 提供1.5 V,1.8 V,1.9V,2.5 V,2.8 V,2.85 V,3.0 V,3.3 V,3.5V,5.0 V和可调输出电压 应用 终端产品 汽车音响和信息娱乐 汽车配件 汽车仪表盘 汽车相机显示器 汽车仪表板电子产品 汽车 工业 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 07-29 22:02 256次 阅读

    MC78M 线性稳压器 500 mA 5至24 V 高PSRR 正极

    0 / MC78M00A正线性稳压器与流行的MC7800系列器件完全相同,只是它的输出电流仅为输出电流的一半。与MC7800器件一样,MC78M00三端稳压器用于本地卡上电压调节。 内部通道晶体管的内部限流,热关断电路和安全区域补偿相结合,使这些线性稳压器在大多数工作条件下都非常坚固。具有足够散热的最大输出电流为500 mA。 规格:
    发表于 07-29 21:02 864次 阅读
    MC78M 线性稳压器 500 mA 5至24 V 高PSRR 正极

    LV5749NV 降压稳压器 开关 1通道

    NV是单通道降压型开关稳压器。 特性 与负载无关的软启动电路 ON / OFF功能 集成脉冲脉冲过流保护 电流模式控制 电路图、引脚图和封装图
    发表于 07-29 19:02 282次 阅读

    NCP5269 具有2位VID的系统代理控制器

    9 电路图、引脚图和封装图
    发表于 07-29 17:02 505次 阅读

    NCP1581 用于跟踪应用的同步降压控制器 高频PWM

    1同步降压控制器IC旨在为14引脚SOIC中的板载DC-DC应用提供简单的同步降压稳压器。 NCP1581专为跟踪应用而设计,提供轨道输入。 NCP1581采用固定内部400 kHz开关频率工作,允许使用小型外部元件。该器件具有由外部电容设置的可编程软启动,欠压锁定和输出欠压检测,可在检测到输出短路时锁定器件。电路图、引脚图和封装图
    发表于 07-29 16:02 387次 阅读