正文:
電容器是實現電源的寬范圍電壓和電流組合的最關鍵的無源元件之一.盡管每種電容
器都能儲存電能,但對于特定的應用來說,電介質技術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用是在存儲能量、浪涌電壓保護、EMI抑制和控制電路等方
面.我們可以通過圖1了解到針對不同的應用領域,這些電介質技術彼此競爭或互為補充的
關系.
儲能
儲能型電容器通過整流器收集電荷,并將存儲的能量通過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.根據不同的電源要求,器件有時會采用串聯、并聯
或其組合的形式, 對于功率級超過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,在選擇用于該應用的電解電容器時,應當考慮以下參數.
典型電源中的電容器波紋電流為各個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.
常見的一個錯誤是通過把各個頻率上的波紋電流的平方值相加來計算RMS電流負載.實
際上,必須考慮到隨著波紋頻率的增加,電容器的ESR下降.
正確的做法是根據波紋因子的頻率圖估算出高頻(到100HZ)時的波紋電流.采用估算
的電流平方值來確定波紋電流.這才是真實的電流負載.
由于環(huán)境溫度決定著負載條件下的電容器壽命,因此,那些聲譽卓著的制造商們均精
確
定義了波紋電流負載、環(huán)境溫度與概率壽命之間的關系.在實際工作條件下,利用波紋電
流
負載和環(huán)境溫度來確定概率壽命,而將公布的概率壽命作為絕對值.
浪涌電壓保護
開關頻率很高的現代功率半導體器件易受潛在的損害性電壓尖峰脈沖的影響.跨接在
功
率半導體器件兩端的浪涌電壓保護電容器(如EPCOS B32620-J或B32651..56)通過吸收電
壓
脈沖限制了峰值電壓,從而對半導體器件起到了保護作用,使得浪涌電壓保護電容器成為
功
率元件庫中的重要一員.
半導體器件的額定電壓和電流值及其開關頻率左右著浪涌電壓保護電容器的選擇.由
于
這些電容器承受著很陡的DV/DT值,因此,對于這種應用而言,薄膜電容器是恰當之選.
在額定電壓值高達2000VDC的條件下,典型的電容額定值在470PF~47NF之間.對于大
功
率的半導體器件,如IGBT,電容值可高達2.2ΜF,電壓在1200VDC的范圍內.
不能僅根據電容值/電壓值來選擇電容器.在選擇浪涌電壓保護電容器時,還應考慮所
需的DV/DT值.
耗散因子決定著電容器內部的功率耗散.因此,應選擇一個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,以減輕由半導體所產生的電磁或無線電干擾.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壓和瞬態(tài)電壓.因此,世界上各個地
區(qū)
都推出了不同的安全標準,包括歐洲的EN132 400,美國的UL1414和1283以及加拿大的CSA
C22.2 NO.0,1和8.
采用塑膜技術的X-級和Y-級電容器(如EPCOS B3292X/B81122)提供了最為廉價的抑制
方法之一.抑制電容器的阻抗隨著頻率的增加而減小,允許高頻電流通過電容器.X電容器
在線路之間對此電流提供“短路”,Y電容器則在線路與接地設備之間對此電流提供“短
路”.
根據所能承受的浪涌電壓的峰值,對X和Y電容器還有更細的分類.例如:一個電容值
高
達1ΜF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.應根據負載斷電期間的峰值電壓來選擇合適的干擾抑制電容器的級別.
控制和邏輯電路
各類電容器均被應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)或專業(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,是不錯的選擇.
為了對裝配的自動化、外型尺寸的壓縮、裝配成本的下降以及由此帶來的生產率的提
高
等加以利用,大多數設計師試圖沿用控制電路中所采用的SMD電容器技術.但是,選用混合
技術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)勢的工程師也不在少數.
