标签: 安规电容器

在家电、电源、马达、电动工具等应用中，电源线上的噪声和EMI干扰多而复杂，必须用电容器将它们滤除。在交流电源输入端，一般需要增加3个安全电容器（Safety Capacitor）来抑制EMI传导干扰，这些电容失效后不会导致电击，不危及人身安全。 X 2及Y1安规电容器 根据IEC 60384-14要求，安规电容器分为X电容及Y电容，分别对共模，差模干扰起滤波作用。其中，X电容跨于电力线两线（L-N）之间，Y电容分别跨接在电力线两线和地之间（L-E，N-E），X电容和Y电容仅表示使用位置，并不代表电容器的材质。 安规电容器在电路中的连接 安规电容的放电和普通电容不一样，普通电容在外部电源断开后电荷会保留很长时间，如果用手触摸就会被电到，而安规电容则没这个问题。因为安规标准规定，当正在工作中的机器电源线被拔掉时，在两秒钟内，电源线插头两端带电的电压（或对地电位）必须小于原来额定工作电压的30%。 X电容及连接位置 X电容连接的位置比较关键，比较注重耐压等级，在电容值上没有定限制值。X电容的容值允许比Y电容的容值大，但此时必须在X电容的两端并联一个安全电阻，用于防止电源线拔插时，由于该电容的充放电过程而致电源线插头长时间带电。 作为安全电容之一，X电容必须取得安全检测机构的认证，一般都标有安全认证标志和耐压AC250V或AC275V字样，但其真正的直流耐压高达2kV以上。 按脉冲电压，X电容可分为X1、X2、X3。其中，X1耐高压大于2.5kV，小于等于4kV；X2耐高压小于等于2.5kV；X3耐高压小于等于1.2kV。 X安规电容器技术参数 通常，X电容多选用纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容。这种类型的电容体积较大，但其允许瞬间充放电的电流也很大，而其内阻相应较小。 Y电容及连接位置 Y电容一般成对出现，连接于火线与地线，以及零线于地线之间，可有效滤除8-10MHz之间的差模信号。由于涉及到漏电安全问题，Y电容注重绝缘等级，必须符合相关安全标准，以防引起电子设备漏电或机壳带电，否则容易危及人身安全及生命。 按绝缘等级，Y电容分为Y1、Y2、Y3、Y4。其中，Y1耐高压大于8kV，Y2耐高压大于5kV，Y3耐高压n/a，Y4耐高压大于2.5kV。 Y安规电容器技术参数 两个Y电容都属于安全电容，要求电容值不能偏大，耐压必须较高。一般情况下，工作在亚热带的机器，要求对地漏电电流不能超过0.7mA，工作在温带机器，要求对地漏电电流不能超过0.35mA。因此，Y电容的总容量一般都不能超过4700PF（472）。 Y电容的电容量必须受到限制，这样就可在额定频率及额定电压作用下，有效控制流过的漏电流大小及其对系统EMC性能的影响。 GJB151规定，Y电容的容量应不大于0.1uF。除符合相应的电网电压耐压外，还要求Y电容在电气和机械性能方面有足够的安全余量，避免在极端恶劣环境条件下出现击穿短路现象，这对保护人身安全具有重要意义。 同样，Y电容也必须取得安全检测机构的认证。Y电容外观多为橙色或蓝色，一般都标有安全认证标志（如UL、CSA等标识）和耐压AC250V或AC275V字样。然而，其真正的直流耐压在5kV以上。 世界各国的安规电容器标准及标志 需要注意的是，由于各国的安规标准有一些差别，厂家生产的安规电容必须满足使用国的安规标准需求。一个安规电容可以满足Y电容要求，也有可以同时满足X电容要求，有些安规电容就带有X1Y1、X1Y2之类的标注。

GaN晶体管拥有开关速度快、效率高等优势，本方案结合Transphorm公司的GaN FET和士兰微电子的有源钳位反激式（ACF）PWM控制器，实现了94.5%的峰值效率和30W/in3的无封装功率密度，用于笔记本电脑、平板电脑、智能手机和其他终端设备的电源供电。 图1.65W USB Type--C Power Delivery（PD）适配器 方案介绍 本方案结合Transphorm的SuperGaN第四代平台（Gen IV）与士兰微电子的有源钳位反激式（ACF）PWM控制器，实现了开放式架构的65W USB Type-C Power Delivery（PD）充电器，性能超过了目前使用硅MOSFET或e-mode GaN晶体管的同类解决方案，而且体积更小。主要性能如下： 输入电压：90-265VAC 输出电压：5V、9V、15V、20V 最大输出功率：65W 输出端头：USB Type-C PD 效率：》94％ 图2.　65W USB Type--C Power Delivery（PD）充电器电路图 输入保护方面，方案采用了一个慢动作（slow-acting）输入保险丝F1，保护下行元器件破坏性失效情况的发生；压敏电阻RV1用来吸收来自电源线的突波并减少来自下行元件的电压过冲，NTC热敏电阻用于浪涌电流保护。 为了满足EN55022标准并保留足够裕量，方案采用了由C１电容器、共模扼流圈L１、变压器T１组成的EMI滤波器电路。 方案采用SZ1130全集成有源钳位反激控制器提供全面故障保护，包括输入欠压停止(UVLO)保护、输入过压停止(OVLO)保护、内部过温保护(OTP)、外部过温保护(OTP)、峰值电流限制(PCL)、过功率保护n(OPP)、输出短路保护(OSC)等。 芯齐齐BOM分析 方案BOM表元器件总数131个，包括来自Transphorm公司的TP65H300G4LSG　SuperGaN FET，来自士兰微电子的SZ1130有源钳位反激控制器。 芯齐齐BOM分析工具显示，SuperGaN FET采用PQFN88封装，是具有顶级栅极坚固性的650V 240mΩ器件。不同于增强型（e-mode）器件，GaN FET不需要额外的偏置轨或电平转换器等保护性外部电路——这一优势可以提高效率。这些特性和其他功能进一步提高了适配器系统的整体功率密度，并降低材料清单（BOM）成本。 图3. 方案TBOM表 SZ1130是全集成ACF PWM控制器，将自适应数字PWM控制器、有源钳位FET、有源钳位栅极驱动器和UHV启动稳压器集于一体。与其他准谐振（QR）控制器方案相比，SZ1130性能更高，设计简单，PCB占位小。 WT6633P是来自的USB PD控制芯片，采用QFN-16封装，通过了高通Quick Charge 4和Quick Charge 4+测试认证。该芯片内建稳压器，工作电压3-24V，支持PPS规格，用于包含笔电、2合1装置、平板及智能手机在内的USB Type-C产品电源供应器，以及USB Type-C周边配件如车充、行动电源、延长线、连结基座与dongle。 电容器中，电路标号C10采用0805规格的150pF 200V NPO电容器，C1为220nF的X２类陶瓷安规电容器，C5、C6、C20为560uF 20%的引线型铝电解电容器，C21为68uF 80V　20%引线型铝电解电容器，C33为47uF 20%　16V的径向引线铝电解电容器，其余全部采用X7R　MLCC。 除了共模扼流圈L１和电源变压器L２要按照按要求定制，其他元器件均为标准品，可按照BOM表中的料号选购或从硬之城（allchips）一站购齐。

在家用电器、通信设备、电子仪器、电力设备，以及电动工具、电源、马达的交流电源输入端，一般都会采用安全电容器（Safety Capacitor）来抑制EMI传导干扰。这些滤波电容器之所以称作“安全电容器”或安规电容器，是因为失效后不会导致电击，不危及人身安全。 根据IEC 60384-14要求，安规电容器分为X电容及Y电容。其中，X电容跨于电力线两线（L-N）之间，对共模干扰进行滤波；Y电容分别跨接在电力线两线和地（L-E，N-E）之间，对差模干扰起滤波作用。 以下以安森美最新发布的EVBUM2818/D评估板设计为例，介绍安规电容器在USB Type-C电源适配器中的应用。 X电容特点 按脉冲电压，X电容可分为X1、X2、X3。其中，X1耐高压大于2.5kV，小于等于4kV；X2耐高压小于等于2.5kV；X3耐高压小于等于1.2kV。 电路应用中，X电容的两端必须并联一个安全电阻，用于防止电源线拔插时，由于电容充放电而致电源线插头长时间带电。 通常，X电容多选用耐纹波电流比较大的聚脂薄膜电容。这种类型的电容体积较大，具有自愈性，但其允许瞬间充放电的电流也很大，而其内阻相应较小。 芯齐齐BOM工具显示，EVBUM2818/D评估板中的X2安规电容器标号为C25，是Wurth Electronics生产的WCAP-FTX2系列金属化聚丙烯膜抗干扰电容器的一种。C25电容器的容量0.22µF，容差±10%；额定电压275VAC，封装/外壳大小/尺寸0.591×0.276×15.00×7.00mm，主要用于抑制EMI和RFI。 Y电容特点 Y电容注重绝缘等级，必须符合相关安全标准。按绝缘等级，Y电容分为Y1、Y2、Y3、Y4。其中，Y1耐高压大于8kV，Y2耐高压大于5kV，Y3耐高压n/a，Y4耐高压大于2.5kV。 跟据GJB151规定，Y电容的容量应不大于0.1uF，这样就可在额定频率及额定电压作用下，有效控制流过的漏电流大小及其对系统EMC性能的影响。 芯齐齐BOM工具显示，在EVBUM2818/D评估板中，标号C10为TDK生产的Y1安规电容器，编号CD45-B2GA471K-NKA，电容值470pF±10%，耐压大于4kVAC，直径8mm，引线直径0.6mm，工作温度-25至+125°C。 无论X电容还是Y电容，都必须取得安全检测认证，这是进入市场的前提。一个安规电容可以满足Y电容要求，也有可以同时满足X电容要求，因此有些安规电容就带有X1Y1、X1Y2之类的标注，如EVBUM2818/D评估板中的C10安全电容就同时标有X1Y1。