電源用電容器的選擇(JKRL)
正文：
電容器是實(shí)現(xiàn)電源的寬范圍電壓和電流組合的最關(guān)鍵的無(wú)源元件之一。盡管每種電容
器
都能儲(chǔ)存電能,但對(duì)于特定的應(yīng)用來(lái)說(shuō),電介質(zhì)技術(shù)在電容器的選擇中起著重要的作用。
電容器在電源中最重要的應(yīng)用是在存儲(chǔ)能量、浪涌電壓保護(hù)、EMI抑制和控制電路等方
面。我們可以通過(guò)圖1了解到針對(duì)不同的應(yīng)用領(lǐng)域,這些電介質(zhì)技術(shù)彼此競(jìng)爭(zhēng)或互為補(bǔ)充的
關(guān)系。
儲(chǔ)能
儲(chǔ)能型電容器通過(guò)整流器收集電荷,并將存儲(chǔ)的能量通過(guò)變換器引線傳送至電源的輸
出
端。電壓額定值為40～450VDC、電容值在220～150 000ΜF(xiàn)之間的鋁電解電容器（如EPCOS
公
司的 B43504或B43505）是較為常用的。根據(jù)不同的電源要求,器件有時(shí)會(huì)采用串聯(lián)、并聯(lián)
或其組合的形式, 對(duì)于功率級(jí)超過(guò)10KW的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容
器。
要選擇合適的電容值,需查看其額定直流電壓、允許的電壓波紋和充/放電周期。但
是,在選擇用于該應(yīng)用的電解電容器時(shí),應(yīng)當(dāng)考慮以下參數(shù)。
典型電源中的電容器波紋電流為各個(gè)頻率上的波紋電流的組合。波紋電流的RMS（均方
根）值決定了電容器的溫升。
常見(jiàn)的一個(gè)錯(cuò)誤是通過(guò)把各個(gè)頻率上的波紋電流的平方值相加來(lái)計(jì)算RMS電流負(fù)載。實(shí)
際上,必須考慮到隨著波紋頻率的增加,電容器的ESR下降。
正確的做法是根據(jù)波紋因子的頻率圖估算出高頻（到100HZ）時(shí)的波紋電流。采用估算
的電流平方值來(lái)確定波紋電流。這才是真實(shí)的電流負(fù)載。
由于環(huán)境溫度決定著負(fù)載條件下的電容器壽命,因此,那些聲譽(yù)卓著的制造商們均精
確
定義了波紋電流負(fù)載、環(huán)境溫度與概率壽命之間的關(guān)系。在實(shí)際工作條件下,利用波紋電
流
負(fù)載和環(huán)境溫度來(lái)確定概率壽命,而將公布的概率壽命作為絕對(duì)值。
浪涌電壓保護(hù)
開(kāi)關(guān)頻率很高的現(xiàn)代功率半導(dǎo)體器件易受潛在的損害性電壓尖峰脈沖的影響�？缃釉�
功
率半導(dǎo)體器件兩端的浪涌電壓保護(hù)電容器（如EPCOS B32620-J或B32651..56）通過(guò)吸收電
壓
脈沖限制了峰值電壓,從而對(duì)半導(dǎo)體器件起到了保護(hù)作用,使得浪涌電壓保護(hù)電容器成為
功
率元件庫(kù)中的重要一員。
半導(dǎo)體器件的額定電壓和電流值及其開(kāi)關(guān)頻率左右著浪涌電壓保護(hù)電容器的選擇。由
于
這些電容器承受著很陡的DV/DT值,因此,對(duì)于這種應(yīng)用而言,薄膜電容器是恰當(dāng)之選。
在額定電壓值高達(dá)2000VDC的條件下,典型的電容額定值在470PF～47NF之間。對(duì)于大
功
率的半導(dǎo)體器件,如IGBT,電容值可高達(dá)2.2ΜF(xiàn),電壓在1200VDC的范圍內(nèi)。
不能僅根據(jù)電容值/電壓值來(lái)選擇電容器。在選擇浪涌電壓保護(hù)電容器時(shí),還應(yīng)考慮所
需的DV/DT值。
耗散因子決定著電容器內(nèi)部的功率耗散。因此,應(yīng)選擇一個(gè)具有較低損耗因子的電容
器
作為替換。
EMI/RFI抑制
這些電容器連接在電源的輸入端,以減輕由半導(dǎo)體所產(chǎn)生的電磁或無(wú)線電干擾。由于
直
接與主輸入線相連,這些電容器易遭受到破壞性的過(guò)壓和瞬態(tài)電壓。因此,世界上各個(gè)地
區(qū)
都推出了不同的安全標(biāo)準(zhǔn),包括歐洲的EN132 400,美國(guó)的UL1414和1283以及加拿大的CSA
C22.2 NO.0,1和8。
采用塑膜技術(shù)的X-級(jí)和Y-級(jí)電容器（如EPCOS B3292X/B81122）提供了最為廉價(jià)的抑制
方法之一。抑制電容器的阻抗隨著頻率的增加而減小,允許高頻電流通過(guò)電容器。X電容器
在線路之間對(duì)此電流提供“短路”,Y電容器則在線路與接地設(shè)備之間對(duì)此電流提供“短
路”。
根據(jù)所能承受的浪涌電壓的峰值,對(duì)X和Y電容器還有更細(xì)的分類。例如：一個(gè)電容值
高
達(dá)1ΜF(xiàn)的X2電容器的額定峰值浪涌電壓為2.5KV,而電容值相近的X1電容器,其額定峰值浪
涌電壓則為4KV。應(yīng)根據(jù)負(fù)載斷電期間的峰值電壓來(lái)選擇合適的干擾抑制電容器的級(jí)別。
控制和邏輯電路
各類電容器均被應(yīng)用于電源控制電路中,除非是在惡劣的環(huán)境條件下,否則這些電容
器
都是具有低電壓和低損耗的通用型元件。
在惡劣的環(huán)境下使用的電源,通常選用高溫元件。工業(yè)或?qū)I(yè)用電源,可選擇低ESR元
件,如EPCOS B45294系列,在要求較高的總體可靠性時(shí),是不錯(cuò)的選擇。
為了對(duì)裝配的自動(dòng)化、外型尺寸的壓縮、裝配成本的下降以及由此帶來(lái)的生產(chǎn)率的提
高
等加以利用,大多數(shù)設(shè)計(jì)師試圖沿用控制電路中所采用的SMD電容器技術(shù)。但是,選用混合
技術(shù)以充分利用某些引線元件所具有的低得多的成本這一優(yōu)勢(shì)的工程師也不在少數(shù)。
|
66821730(技術(shù)支持)
