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电解电容选型细解,避免被坑

文章出处:公司动态 责任编辑:东莞市统源实业有限公司 发表时间:2021-08-12
  

​大家都知道,开关电源是现如今信息家电机器设备的关键开关电源,为电子产品中小型轻巧化做出挥之不去的奉献。开关电源持续的微型化、轻量和效率高,在电子产品中需求量越来越大,覆盖率愈来愈高。相对应的就规定电解电容器中小型大空间化,耐谐波失真电流量,高频率低阻抗化,高溫度寿命长化和更融入密度高的拼装。


1、电容量与容积
因为电解电容器大部分选用倒丝机构造,非常容易扩张容积,因而企业容积电容量十分大,比其他电容器大好几倍到几十倍。可是大电容量的获得是以容积的扩张为成本的,当代开关电源规定愈来愈高的高效率,愈来愈小的容积,因而,必须寻找新的解决方案,来得到大电容量、小容积的电容器。

在开关电源的原边一旦选用有源滤波器电源电路,则铝电解电容器的应用自然环境越来越比之前更加严苛:

(1)高频率浪涌电流主要是20kHz~100kHz的脉动电流,并且大幅提升;

(2)SPWM的电源总开关管发烫,造成铝电解电容器的周边溫度上升;

(3)SPWM多选用整流电路,因而规定耐髙压的铝电解电容器。这样一来,运用过去技术性生产制造的铝电解电容器,因为要吸收比过去更高的脉动电流,迫不得已挑选大规格的电容器。結果,使开关电源的容积巨大,无法用以微型化的电子产品。

为了更好地处理这种难点,务必科学研究与开发设计一种新式的电解电容器,体型小、耐髙压,而且容许穿过很多高频率浪涌电流。此外,这类电解电容器,在高溫自然环境下工作中,工作中使用寿命还须较为长。


电解电容选型细解,避免被坑

电解电容选型细解,避免被坑​


2、承担溫度与使用寿命

在开关电源设计过程中,难以避免地要选择可用的电容器。就100μF之上的中、大空间商品而言,由于铝电解电容的价格低,因此,至今应用的更为普遍。可是,最近几年却发生了明显转变,防止应用铝电解电容的状况已经提升。

发生这类转变的一个缘故是,铝电解电容的使用寿命通常会变成全部机器设备的薄弱点。开关电源生产厂家的技术工程师表明:“针对铝电解电容这类使用寿命比较有限的元器件,假如能无需,就尽可能不必选用。”由于铝电解电容內部的锂电池电解液会挥发或造成化学反应,造成静电容量降低或等效电路串联电阻(ESR)扩大,伴随着時间的变化,电容器特性毫无疑问会劣变。

电解电容器的使用寿命与电容器长期性工作中的工作温度有立即关联,溫度越高,电容器的使用寿命越少。一般的电解电容器在工作温度为90℃时早已毁坏。可是现在有许多 类型的电解电容器的工作中工作温度早已很高在工作温度为90℃,根据电解电容器的交流电路和额定值浪涌电流的之比0.5时,使用寿命依然为10000h,可是假如溫度升高到95℃时,电解电容器即早已毁坏。

因而,在挑选电容器的情况下,应当依据实际的工作温度和其他的主要参数指标值来选中,假如忽视了工作温度对电容器使用寿命的危害,那麼开关电源工作中的稳定性、可靠性将大幅度降低,乃至毁坏机器设备和仪器设备。就一般状况来讲,电解电容器工作中在工作温度为80℃时,一般能做到10000h使用寿命的规定。

另一方面,电解电容器的使用寿命还与电容器长期工作中的交流电路与额定值浪涌电流(一般就是指在85℃的工作温度下检测值,可是有一些耐热的电解电容器是在125℃时检测的数据信息)的比率相关。一般说来,这一比率越大,电解电容器的使用寿命越少,当穿过电解电容器的电流量为额定电压的3.8倍时,电解电容器一般都早已毁坏。因此,电解电容器有它的安全工作区,针对一般运用,当交流电路与额定值浪涌电流的比率在3.0倍下列时,针对使用寿命的规定早已达到。工作温度和谐波失真电流量对电解电容器的危害如图所示2所显示。

3频率特点与阻抗

针对中小型功率开关电源的输出功率除少数因价钱限定而仍选用20~40kHz外,大部分均在50kHz之上;DC/DC电源控制模块大多数在300kHz之上;功率大的开关电源的电源开关頻率受电源总开关(一般选用IGBT)的电源开关限速而一般在20~40kHz。虽然电源开关頻率各有不同,可是开关电源的輸出整流器过滤电容器的功效基本一致,主要是根据运用过滤电容器消化吸收电源开关頻率以及高次谐波頻率的电流量份量而滤掉其谐波失真工作电压份量。

在开关电源輸出连接端的耦合电容,与直流电源电路中采用的耦合电容并不一样,在直流电源电路中作为过滤的一般电解电容器,其上的脉动饮料工作电压頻率仅有100Hz,蓄电池充电时间ms量级,为得到较小的脉动饮料指数,必须的电容量达到数十万微法,因此一般低頻用一般铝电解电容器生产制造总体目标是以提升电容量为主导,电容器的电容量、耗损角正切值及其泄露电流是辨别其好坏的基本参数。

在电源开关可调稳压电源中做为輸出过滤用的电解电容器,因为大部分的开关电源工作中在波形或矩形框波的情况,带有以及丰富多彩的高次谐波工作电压与电流量,其上锯齿状波工作电压的頻率达到数十Hz,乃至数十MHz,它的规定和低頻运用时不一样,电容量并并不是关键指标值,考量它优劣的则是它的阻抗频率特点,如图所示3所显示。

伴随着頻率的上升,容抗降低、阻抗角升高,容抗相当于阻抗角并互相相抵时的頻率为铝电解电容器的串联谐振,这时候的阻抗最少,仅剩余ESR。假如ESR为零,则这时候的阻抗也为零;頻率再次升高,阻抗角逐渐超过容抗,当阻抗角贴近于ESR时,阻抗频率特点逐渐升高,呈理性,从这一頻率逐渐之上的頻率下电容器時间上便是一个电感器。

因为生产制造加工工艺的缘故,电容量越大,内寄生电感器也越大,串联谐振也越低,电容器呈理性的頻率也越低。这就规定它在电源开关可调稳压电源的工作中频率段需要有低的等效电路阻抗,与此同时,针对开关电源內部,因为半导体元器件开始工作所造成达到百余Hz的顶峰噪音,亦能有优良的过滤功效,一般低頻用一般电解电容器在10kHz上下,其阻抗便逐渐展现理性,不能满足开关电源应用规定。

用以电源开关可调稳压电源輸出整流器的电解电容器,规定其阻抗频率特点在300kHz乃至500kHz时仍不展现增长的趋势。电解电容器ESR较低,能合理地滤掉电源开关可调稳压电源中的高频率谐波失真和顶峰工作电压。而一般电解电容器在100kHz后就逐渐展现增长的趋势,用以开关电源輸出整流器过滤实际效果相对性较弱。

开关电源为了更好地效率高而提升了输出功率的高频率化,尤其是中小型高輸出开关电源中键入过滤用电容器规定高谐波失真性,輸出端低阻抗化。要使輸出过滤用电容器在高频率下低阻抗化,务必减少等效电路串联电阻。
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