Awen

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原创--开关电源中电容的选取

2020-9-28 21:24:10 显示全部楼层
开关电源上,电容式必不可少的的器件,电容,由两个金属极,中间夹有绝缘材料(介质)构成。由于绝缘材料的不同,所构成的电容器的种类也有所不同:
按结构可分为:固定电容,可变电容,微调电容。
按介质材料可分为:气体介质电容,液体介质电容,无机固体介质电容,有机固体介质电容电解电容。

按极性分为:有极性电容和无极性电容。我们最常见到的就是电解电容。按材料上可以分为:CBB电容(聚乙烯),涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。
从输入的安规电容,滤波电容,旁路电容,输出电容等各种应用,电容在电路中具有隔断直流电,通过交流电的作用,因此常用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐。

电容的基本单位是:F (法),此外还有μF(微法)、pF(皮法),另外还有一个用的比较少的单位,那就是:nF(),由于电容F 的容量非常大,所以我们看到的一般都是μF、nF、pF的单位,而不是F的单位。
他们之间的具体换算如下:1F=1000000μF          1μF=1000nF=1000000pF

电容的耐压, 单位:V(伏特) 每一个电容都有它的耐压值,这是电容的重要参数之一。普通无极性电容的标称耐压值有:63V、100V、160V、250V、400V、600V、1000V等,有极性电容的耐压值相对要比无极性电容的耐压要低,一般的标称耐压值有:4V、6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、80V、100V、220V、400V等。

我们在设计开关电源的时期就需要考虑到电容的相关参数,例如:耐压,纹波系数,容值以及温度等参数,我们在选取电容使需要考虑加载至电容终端的直流电压不得超过其额定工作电压,否则将导致漏电流迅速增加,并因此损坏电容,甚至导致短路及明火。为延迟产品使用寿命,建议以70-80%的额定电压使用电容,电容两端的纹波电流必须在允许范围内,如超载,将致使电容过热及电气性能受损,器件损坏甚至导致明火,纹波电压和直流工作电压峰值的总和不得超过额定直流电压,电容必须在其工作温度容许范围内使用。室温工作条件可延长使用寿命,我们在选取输出的电解电容时,需要考虑电容的容量+耐压+纹波系数+温度,因为这四个参数会影响到电源的稳定性能,一般我们在设计时,选取的原则是1UF=1A,耐压选取的原则,需要根据输出电压的进行选择,另外电解电容的低频特性好,而陶瓷电容的高频特性好,对于开关电源输出端的平滑滤波电容,陶瓷电容容量肯定不够。电源模块的输出电容一般是采用高频低阻,因为开关电源整流输出的是高频直流脉冲信号,必须要用高频低阻电容来滤波,这样才能降低电容自身损耗,不然电容长时间工作后会爆裂漏液。需要注意的是电解电容有个铝壳,里面充满了电解质并引出两个电极,它们在电路中的极性不能接反。

高频低阻抗是指电容器耐纹波电流能力强,且自身内阻小,相对普通的而言,用在电路中产品自身不易发热而导致提前失效。特别是开关电源模块因为其小型化、轻量化及高效率,相应的要求电解电容小型大容量化、耐纹波电流、高频低阻、高温长寿及更适应的高密度。
开关电源输出端用的滤波电容与工频电路中的不一样,在工频电路中用作滤波的普通电解电容器,其上的脉动电压频率仅有100Hz,充放电时间是毫秒数量级,为获得较小的脉动系数,需要的电容量高达数十万微法,因此一般低频用普通铝电解电容器制造目标是以提高电容量为主。
开关电源中作为输出滤波用的电解电容,由于大多数的开关电源工作在方波或矩形波的状态,含有及其丰富的高次谐波电压与电流。其上锯齿波电压的频率高达数十千赫,甚至数十兆赫,它要求和低频应用时不同,电容量并不是主要指标,衡量它好坏的是它的阻抗频率特性。
开关电源输出整流的电解电容,要求其阻抗频率特性在300kHz甚至500kHz时仍不呈现上升趋势。电解电容器ESR较低,能有效地滤除开关电源中的高频纹波和尖峰电压。而普通电解电容器在100kHz后就开始呈现上升趋势,用于开关电源输出整流滤波效果相对较差。

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