原创 如何正确的选择滤波电容器

2015-7-30 21:41 337 1 1 分类: PCB 文集: pcb设计

滤波电容器在开关电源中起着非常重要的作用,如何正确选择滤波电容,尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。 50Hz 工频电路中使用的普通电解电容器,其脉动电压频率仅为100Hz ,充放电时间是毫秒数量级。

为获得更小的脉动系数,所需的电容量高达数十万 μF ,因此普通低频铝电解电容器的目标是以提高电容量为主,电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。而开关电源中的输出滤波电解电容器,其锯齿波电压频率高达数十 kHz ,甚至是数十 MHz ,这时电容量并不是其主要指标,衡量高频铝电解电容优劣的标准是 “ 阻抗 – 频率 ” 特性,要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗,同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。

普通的低频电解电容器在 10kHz 左右便开始呈现感性,无法满足开关电源的使用要求。而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子,正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极,负极铝片的两端也分别引出作为负极。电流从四端电容的一个正端流入,经过电容内部,再从另一个正端流向负载;从负载返回的电流也从电容的一个负端流入,再从另一个负端流向电源负端。由于四端电容具有良好的高频特性,为减小电压的脉动分量以及抑制开关尖峰噪声提供了极为有利的手段。高频铝电解电容器还有多芯的形式,即将铝箔分成较短的若干段,用多引出片并联连接以减小容抗中的阻抗成份。并且采用低电阻率的材料作为引出端子,提高了电容器承受大电流的能力。

 

如何正确的选择滤波电容器 - 第1张  | 吴川斌的博客

电容器的正确选择

(1)应根据电路要求选择电容器的类型。对于要求不高的低频电路和直流电路,一般可选用纸介电容器,也可选用低频瓷介电容器。在高频电路中,当电气性能要求较高时,可选用云母电容器、高频瓷介电容器或穿心瓷介电容器。在要求较高的中频及低频电路中,可选用塑料薄膜电容器。在电源滤波、去耦电路中,一般可选用铝电解电容器。对于要求可靠性高、稳定性高的电路中,应选用云母电容器、漆膜电容器或钽电解电容器。对于高压电路,应选用高压瓷介电容器或其他类型的高压电容器。对于调谐电路,应选用可变电容器及微调电容器。

(2)合理确定电容器的电容量及允许偏差。在低频的耦合及去耦电路中,一般对电容器的电容量要求不太严格,只要按计算值选取稍大一些的电容量便可以了。在定时电路、振荡回路及音调控制等电路中,对电容器的电容量要求较为严格,因此选取电容量的标称值应尽量与计算的电容值相一致或尽量接近,应尽量选精度高的电容器。在一些特殊的电路中,往往对电容器的电容量要求非常精确,此时应选用允许偏差在±0.1%~±0.5%范围内的高精度电容器。

有个参考公式的,RC=(3-5)*(T/2)的,其中R是等效负载,T是周期=1/f=0.02s(f按照市电50Hz算),如果前面那个系数取中间值4,那边这个滤波电容的容量就应该是:RC=2T=2*0.02=0.04,所以C=0.04/R(R是等效负载电阻),假设R=10ohm,那么这个电容的容量就是4000uF,实际就取4700uF了!

(3)选用电容器的工作电压应符合电路要求。一般情况下,选用电容器的额定电压应是实际工作电压的1.2~1.3 倍。对于工作环境温度较高或稳定性较差的电路,选用电容器的额定电压应考虑降额使用,留有更大的余量才好。若电容器所在电路中的工作电压高于电容器的额定电压,往往电容器极易发生击穿现象,使整个电路无法正常工作。电容器的额定电压一般是指直流电压,若要用于交流电路,应根据电容器的特性及规格选用;若要用于脉动电路,则应按交、直流分量总和不得超过电容器的额定电压来选用。

(4)优先选用绝缘电阻大、介质损耗小、漏电流小的电容器。

(5)应根据电容器工作环境选择电容器。电容器的性能参数与使用环境的条件密切相关,因此在选用电容器时应注意:

①在高温条件下使用的电容器应选用工作温度高的电容器;

②在潮湿环境中工作的电路,应选用抗湿性好的密封电容器;

③在低温条件下使用的电容器,应选用耐寒的电容器,这对电解电容器来说尤为重要,因为普通的电解电容器在低温条件下会使电解液结冰而失效。

(6)选用电容器时应考虑安装现场的要求。电容器的外形有很多种,选用时应根据实际情况来选择电容器的形状及引脚尺寸。例如,作为高频旁路用的电容器最好选用穿心式电容器,这样不但便于安装,又可兼作接线柱使用。

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