标签: 安规电容

USB充电是重要且不断增长的应用，但要同时满足高能效和尺寸要求却是极具挑战的。本方案以新的控制器和驱动器提供创新的功能，能显著减少高能效AC-DC电源的物料单（BOM）含量，尤其是在100W以上的负载范围，包括智能手机、笔记本电脑适配器。 方案简介 本方案采用Type C接口，支持90-264Vac电压输入，I/O隔离3kV，输出电压5V/3A、9V/3A、12V/3A、15V/3A、20V/5A。方案具有自适应欠压保护（UVP）、过压保护（OVP）、短路保护（SCP）、过热保护（OTP）等功能，电源效率高达92.9%，纹波<60mV，待机功耗<50mW(未插电)，PCBA尺寸60mm x 60mm x 19mm。 本方案采用准谐振反激式（QR flyback）拓扑，核心元件包括NCP1623 VSFF PFC控制器，带有瞬变峰值漂移功率的NCP1343多模HF PWM控制器, NCP4307同步整流控制器，以及FCMT199N60/FCMT250N65/FDMS86180/NTTFS4C02 MOSFET。 该设计采用DFN4X4封装的FUSB15101 PD3.0/PPS协议控制器，用双辅助电源支持PWM控制器。在低输出电压时，该PWM控制器由高压辅助电压供电，而在高输出电压时由高压辅助电压供电。 NCP1632集成了一个双MOSFET驱动器，用于交错式PFC应用。交错由并联的两个小级组成，代替了一个难以设计的更大级。NCP1632驱动器为180°移位相位，可大大降低电流波纹。 NCP1343准谐振反激式控制器具有专有的谷值锁定电路，可确保稳定的谷值切换。该系统可以在低至第六谷值下工作，并转换到频率折返模式以减少开关损耗。随着负载降低，NCP1343可以进入安静跳跃模式以管理功率输出，同时最大限度地降低噪声。 NCP4307可在多种高性能开关电源拓扑中与同步整流（SR）MOSFET一起使用。该器件将从内部一个200V CS引脚自供电，实现上桥配置和低VOUT，而不需要一个辅助电源。双VCC引脚选择最佳VCC源端以尽量降低损耗，从而优化宽范围VOUT应用的设计。 芯齐齐BOM分析 本方案刚刚发布，NCP1623ASNT1G、NCP1343、NCP4307、FUSB15101、FCMT250N65S3、FCMT199N60、FDMS86180、NTTFS4C02NTAG芯片和功率器件来自安森美，PFC电感器和变压器按照设计进行定制。 芯齐齐BOM工具显示，本方案从现有BOM中删除多达15个器件，既降低设计成本，同时确保满足USB PD应用的严苛能效和性能标准。PCB布线上，方案FR4材料的PCB基材，pcb铜层厚度2盎司(oz) ，pcb厚度1mm。 NCP1345是一款准谐振（QR）反激式控制器，高频QR工作（高达350kHz）能减小磁性器件的尺寸，封装形式SOIC-9 NB。 NCP1623采用SOIC16封装，是小尺寸的升压功率因数校正（PFC）控制器，应用于USB PD快充适配器和计算机电源。NCP1632集成了一个双MOSFET驱动器，结合了构建耐用紧凑的交错式PFC级所需的所有功能，且外部组件数量极少。 NCP4307是一个高性能驱动器，双VCC引脚选择最佳VCC源端以尽量降低损耗，从而优化宽范围VOUT应用的设计。 NCP1343准谐振反激式控制器采用Quiet-Skip技术的跳过模式，可在轻负载条件下实现最高性能，具有严重故障条件的故障引脚，NTC兼容OTP。 电容器方面，标号C13-14, C48选择680μF/25V固态电解电容器，标号C25选择X2安规电容，容量0.22μF，容差不超过10%，尺寸12.5x15x7x12mm。与C25 X2安规电容对应的C10为Y1高压安规陶瓷电容器，容量470pF, 容差不超过10%。

交流电源输入分为3个端子：火线（L）/零线（N）/地线（G）。 在火线和地线之间以及在零线和地线之间并接的电容，一般统称为Y电容 .这两个Y电容连接的位置比较关键，必须需要符合相关安全标准，以防引起电子设备漏电或机壳带电，容易危及人身安全及生命。它们都属于安全电容，从而要求电容值不能偏大，而耐压必须较高。一般情况下，工作在**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）。 特别指出：作为安全电容的Y电容,要求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，其真正的直流耐压高达5000V以上。必须强调，Y电容不得随意使用标称耐压AC250V或者DC400V之类的普通电容来代用。   在火线和零线之间并联的电容，一般称之为X电容。 由于这个电容连接的位置也比较关键，同样需要符合相关安全标准。X电容同样也属于安全电容之一。根据实际需要，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。安全标准规定，当正在工作之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%。作为安全电容之一的X电容，也要求必须取得安全检测机构的认证。X电容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2000V以上，使用的时候不要随意使用标称耐压AC250V或者DC400V之类的的普通电容来代用。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。普通电容纹波电流的指标都很低，动态内阻较高。用普通电容代替X电容，除了电容耐压无法满足标准之外，纹波电流指标也难以符合要求。 在交流电源输入端,一般需要增加3个安全电容来抑制EMI传导干扰。

读者可能会奇怪，为啥选型还不把所有电容都列进去，而只把安规电容单独列出呢？这是有原因的，因为电容太复杂，种类太多，其失效机理和关注的参数因用途、工艺特点的不同而有很大差异。所以，做个细分是很必要的。   安规电容有个最典型的失效机理是低压失效。从安规的角度来讲，都喜欢把余量留得大一点，这样即使设计上有点缺陷，也不会器件故障，窃以为！恰恰相反，殊不知，物极必反，哲学规律在此得到充分体现。   低压失效的典型症状：1实际应用电压远低于电容的额定耐压值，一般在额定值的10%以下；2湿热实验或潮湿预处理后电容会失效；3从湿热实验和潮湿预处理后，进行高热实验或电路板烘烤，电容会恢复正常；4或者将失效电容从电路板上拆下，两端加较高点压，额定值的60%-75%左右，电容的性能会恢复正常。   如果您用到的电容遇到了类似现象，基本上可以初步确诊为低压失效的可能了。那原因何在？   电容的两个极片中间有介质，然后被壳体将电容极片、介质进行封装，事实上，封装的壳体不会100%的致密，就给潮气渗入提供了可能。举例，耐压在50V的安规电容，潮气渗入了，在电容两端加5V电压的时候，附着在介质上的潮气就成了一个漏电流通道，但因为电压低，这个漏电流并不很大，通路阻抗上产生的热量也并不大，不足以将水汽加热蒸发掉，但破坏电容的储能特性是足够了。于是，电容失效了。   后面，高温实验就好理解了，高温下水汽蒸发，漏电流通道不复存在，电容恢复正常；如果加高压，导通阻抗仍维持不变，随着电压的升高，漏电流势必增大，增大的漏电流在导通阻抗上就会产生较大的热量I 2 R，这个热量也会导致潮气蒸发，结果也是电容漏电流逐渐变小，直至恢复储能功能。    因此安规电容选型的耐压指标绝对不能余量留得太大，这是选型时容易出现问题的一个关键点。至于其他指标，比较常规，就不罗嗦了。   再做个广告，瑞迪航科（北京）技术有限公司，“SpaceTech”系列滤波器、T40元器件故障检测仪、电子 / 机械 / 嵌入式软件可靠性技术服务（培训、整改、委托开发），均为自有技术，独立开发，欢迎咨询400-6800-965，china@rdcoo.com，非诚可扰！  

村田 MURATA 安全规格认证型陶瓷电容器有 4 种类型，分别如下 : KY 型（基本绝缘）－ IEC60384 － 14, 级别 X1,Y2; KH 型（基本绝缘）－ IEC60384 － 14, 级别 X1,Y2; KX 型（增强型绝缘）－ IEC60384 － 14, 级别 X1,Y2; DEJ 系列－日本电器安全法基准品 . 常用料号如下 : DE1B3KX102MA5B 、 DE1B3KX471KA5B 、 DE1E3KX102MN5AA01 、 DE1E3KX222MA5BA01 、 DE1E3KX222MN5AA01 DE1E3KX472MA5BA01 、 DE2B3KH471KN3A 、 DE2E3KH102MA3B 、 DE2E3KH152MA3B 、 DE2E3KH222MA3B DE2E3KH332MA3B 、 DE2E3KH472MA3B 、 DE2E3KX102MA5BL01 、 DE2E3KX222MA4BL01 、 DEA1X3A470JC1B DEBB33A102KA2B 、 DEBB33D102KA2B 、 DEBB33D102KB2B 、 DEBB33D221KC1B 、 DEBE33A102ZC1B 、 DEBE33D103ZA3B 有需要的请联系我 . 联系人：朱先生 手机： 13632701009 QQ ： 1084623702 / 418687999