原创 电源用电容器的选择

　　　　　　　　　　　　　电源用电容器的选择

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　　电容器是实现电源的宽范围电压和电流组合的最关键的无源元件之一。尽管每种电容
器都能储存电能，但对于特定的应用来说，电介质技术在电容器的选择中起着重要的作用。
　　电容器在电源中最重要的应用是在存储能量、浪涌电压保护、EMI抑制和控制电路等方
面。对不同的应用领域，这些电介质技术彼此竞争或互为补充的关系。
　
（１）储能
　　储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输
出端。电压额定值为40～450VDC、电容值在220～150 000ΜF之间的铝电解电容器（如EPCOS
公司的 B43504或B43505）是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联
或其组合的形式， 对于功率级超过10KW的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容
器。要选择合适的电容值，需查看其额定直流电压、允许的电压波纹和充/放电周期。但是，在

选择用于该应用的电解电容器时，应当考虑以下参数。

　　典型电源中的电容器波纹电流为各个频率上的波纹电流的组合。波纹电流的RMS（均方
根）值决定了电容器的温升。
　　常见的一个错误是通过把各个频率上的波纹电流的平方值相加来计算RMS电流负载。实
际上，必须考虑到随着波纹频率的增加，电容器的ESR下降。
　　正确的做法是根据波纹因子的频率图估算出高频（到100Hz）时的波纹电流。采用估算
的电流平方值来确定波纹电流。这才是真实的电流负载。
　　由于环境温度决定着负载条件下的电容器寿命，因此，那些声誉卓著的制造商们均精
确定义了波纹电流负载、环境温度与概率寿命之间的关系。在实际工作条件下，利用波纹电
流负载和环境温度来确定概率寿命，而将公布的概率寿命作为绝对值。

（２）浪涌电压保护
　　开关频率很高的现代功率半导体器件易受潜在的损害性电压尖峰脉冲的影响。跨接在
功率半导体器件两端的浪涌电压保护电容器（如EPCOS B32620-J或B32651..56）通过吸收电
压脉冲限制了峰值电压，从而对半导体器件起到了保护作用，使得浪涌电压保护电容器成为
功率元件库中的重要一员。
　　半导体器件的额定电压和电流值及其开关频率左右着浪涌电压保护电容器的选择。由
于这些电容器承受着很陡的 dV/dt 值，因此，对于这种应用而言，薄膜电容器是恰当之选。
　　在额定电压值高达2000VDC的条件下，典型的电容额定值在470pF～47nF之间。对于大
功率的半导体器件，例如 IGBT，电容值可高达2.2mF，电压在1200VDC的范围内。
　　不能仅根据电容值/电压值来选择电容器。在选择浪涌电压保护电容器时，还应考虑所
需的 dV/dt 值。
　　耗散因子决定着电容器内部的功率耗散。因此，应选择一个具有较低损耗因子的电容
器作为替换。

(3)EMI/RFI抑制
　　这些电容器连接在电源的输入端，以减轻由半导体所产生的电磁或无线电干扰。由于
直接与主输入线相连，这些电容器易遭受到破坏性的过压和瞬态电压。因此，世界上各个地
区都推出了不同的安全标准，包括欧洲的EN132 400，美国的UL1414和1283以及加拿大的CSA
C22.2 NO.0，1和8。
　　采用塑膜技术的X-级和Y-级电容器（如EPCOS B3292X/B81122）提供了最为廉价的抑制
方法之一。抑制电容器的阻抗随着频率的增加而减小，允许高频电流通过电容器。X电容器
在线路之间对此电流提供“短路”，Y电容器则在线路与接地设备之间对此电流提供“短路”。
　　根据所能承受的浪涌电压的峰值，对X和Y电容器还有更细的分类。例如：一个电容值
高达1mF的X2电容器的额定峰值浪涌电压为2.5KV，而电容值相近的X1电容器，其额定峰值浪
涌电压则为4KV。应根据负载断电期间的峰值电压来选择合适的干扰抑制电容器的级别。

(4)控制和逻辑电路
　　各类电容器均被应用于电源控制电路中，除非是在恶劣的环境条件下，否则这些电容
器都是具有低电压和低损耗的通用型元件。
　　在恶劣的环境下使用的电源，通常选用高温元件。工业或专业用电源，可选择低ESR元
件，如EPCOS B45294系列，在要求较高的总体可靠性时，是不错的选择。
　　为了对装配的自动化、外型尺寸的压缩、装配成本的下降以及由此带来的生产率的提
高等加以利用，大多数设计师试图沿用控制电路中所采用的SMD电容器技术。但是，选用混合
技术以充分利用某些引线元件所具有的低得多的成本这一优势的工程师也不在少数。  

         电容器是电子设备中常用的电子元件，下面对几种常用电容器的结构和特点作以简要介
绍，以供大家参考。

（1）

．铝电解电容器：

　　它是由铝圆筒做负极、里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成。还需经

直流电压处理，做正极的片上形成一层氧化膜做介质。其特点是容量大，但是漏电大、稳定

性差、有正负极性，适于电源滤波或低频电路中，使用时，正、负极不要接反。

（2）．钽铌电解电容器：

　　它用金属钽或者铌做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧化膜做介质

制成。其特点是：体积小、容量大、性能稳定、寿命长。绝缘电阻大。温度性能好，用在要

求较高的设备中。

（3）．陶瓷电容器：

　　用陶瓷做介质。在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜作极板制成。其特点是：

体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适用于高频电路。铁电陶瓷电容容量

较大，但损耗和温度系数较大，适用于低频电路。

（4）．云母电容器：

　　用金属箔或在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木

粉或封固在环氧树脂中制成。其特点是：介质损耗小、绝缘电阻大。温度系数小，适用于高

频电路。

（5）.

薄膜电容器：

　　结构相同于纸介电容器，介质是涤纶或聚苯乙烯。涤纶薄膜电容，介质常数较高，体积

小容量大、稳定性较好，适宜做旁路电容。聚苯乙烯薄膜电容器，介质损耗小、绝缘电阻高

但温度系数大，可用于高频电路。

（6）.

纸介电容器：

　　用两片金属箔做电极，夹在极薄的电容纸中，卷成圆柱形或者扁柱形芯子，然后密封在

金属壳或者绝缘材料壳中制成。它的特点是体积较小，容量可以做得较大。但是固有电感和

损耗比较大，适用于低频电路。

（7）.

金属化纸介电容器：

    结构基本相同于纸介电容器，它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代金属箔，体积小

容值较大，一般用于低频电路。

（8）.

油浸纸介电容器：

    它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里，能增强其耐压。其特点是电容量大、耐压高

但体积较大。

    此外，在实际应用中，第一要根据不同的用途选择不同类型的电容器；第二要考虑到电

容器的标称容量，允许误差、耐压值、漏电电阻等技术参数；第三对于有正、负极性的电解电
容器来说，正、负极在焊接时不要接反。

Wed Feb 28 2007

22:29:08 UTC+0800