PC電源里有些什么電容？有什么作用？

在兩個(gè)非常靠近導(dǎo)體中間夾一層不導(dǎo)電的絕緣介質(zhì)，這就是電容的基本結(jié)構(gòu)。當(dāng)電容的兩個(gè)導(dǎo)體之間賦予電壓后，電容就會(huì)儲(chǔ)存電荷，這就是“電容”這個(gè)名字的來(lái)歷。此外電容其不僅能夠存儲(chǔ)電荷，同時(shí)也能釋放電荷，而且還有“隔斷直流電、導(dǎo)通交流電”的特性，因此利用這些特性，電容能誕生出了很多種不同的用法，例如儲(chǔ)能、濾波、耦合、去耦等等，如果要詳細(xì)說(shuō)的話，那基本上就是一本教科書的量，所以電容對(duì)于絕大多數(shù)的電器產(chǎn)品來(lái)說(shuō)都是不可或缺的存在。

在PC電源中電容自然也是必須的元件，在玩家群中甚至有這么一種說(shuō)法，要看一個(gè)PC電源行不行，首先就得看它的電容夠不夠大。我們姑且不說(shuō)這種說(shuō)法有沒(méi)有道理，但從這種說(shuō)法能夠廣泛流傳的情況來(lái)看，電容對(duì)于PC電源的重要性是不言而喻的。為此今天我們就來(lái)簡(jiǎn)單梳理一下PC電源里面的電容，看看它們到底起到了一些什么樣的作用。

PC電源里有些什么電容？

如果單從種類上來(lái)說(shuō)，PC電源里的電容種類有很多，其中體積比較大的有金屬薄膜電容、鋁電解電容和固態(tài)電容，體積小一點(diǎn)的則有陶瓷電容以及MLCC貼片電容。不過(guò)即便是同一種電容，放在不同的位置所起到的作用也是不一樣的，不同的電路對(duì)于電容的要求也各不相同，例如PFC電容所需要的電容是耐壓值高的，輸出濾波的電容則需要容量更大的，金屬薄膜電容則常用于EMI電路，因此用在不同地方的電容，也可以根據(jù)使用環(huán)境而定義為不同的電容，例如安規(guī)電容、儲(chǔ)能電容和濾波電容等等。

另外在LLC諧振拓?fù)渲校覀円材芸吹接?a target="_blank">電容器件的存在，不過(guò)這種電容并不能單獨(dú)拿出來(lái)討論，因?yàn)樗荓LC諧振電路的一個(gè)組成部分。我們這次主要討論的是能在電路中單獨(dú)起作用的電容，主要是安規(guī)電容、PFC主電容和輸出濾波電容三類。

電源中有大量的電容存在

安規(guī)電容：為安全而配置

很多玩家都把注意力放在PFC電路的主電容上，畢竟主電容體積很大，容易吸引注意力，而且對(duì)電源的性能也有著相對(duì)明顯的影響。但實(shí)際上市電進(jìn)入電源后，首先要進(jìn)入的其實(shí)并不是主電容，而是要經(jīng)過(guò)安規(guī)電容后才會(huì)進(jìn)入到PFC電路 的。

上圖中黃色電容為X電容，成對(duì)的藍(lán)色電容則是Y電容

安規(guī)電容一般布置電源的輸入端，對(duì)電源的性能影響其實(shí)很小，更多地是為了滿足電源的安規(guī)需求而配置的。其與普通電容最大的區(qū)別在于，普通電容在充電后，電荷可以保留很久，即便是斷電并放置一段時(shí)間后，用手觸摸電容的引腳也仍然會(huì)有觸電的感覺(jué)；而安規(guī)電容則不存在這樣的問(wèn)題，它們?cè)跀嚯姾髸?huì)迅速放電，即便用手觸摸也不會(huì)有觸電感，安全性很高。 正因?yàn)閮烧叽嬖谶@樣的差別，所以安規(guī)電容與普通電容是不能相互代替使用的。

PC電源中的安規(guī)電容有X電容和Y電容兩種，基本上都用在了EMI抑制電路上，其中X電容是跨接在電力線兩線之間的電容，一般選用uF級(jí)的金屬薄膜電容，用于抑制差模干擾；Y電容是跨接在電力線兩線和地線之間的電容，一般選用nF級(jí)電容，基本上是成對(duì)出現(xiàn)，用于抑制共模干擾。由于它們對(duì)電源性能影響極小，即便不做配置，短時(shí)間里也不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，因此劣質(zhì)電源大都會(huì)省略安規(guī)電，但這種做法會(huì)讓電源的EMI抑制能力大幅度削弱，存在損壞其它硬件的風(fēng)險(xiǎn)，除了成本更低并無(wú)其它好處。

PFC主電容：承擔(dān)PFC的高壓電流

如果說(shuō)安規(guī)電容對(duì)電源的性能影響很小，那么接下來(lái)要說(shuō)的電容就與電源性能息息相關(guān)了。首先我們來(lái)看看PFC電容，也就是我們常說(shuō)的主電容，基本上也是電源里體積最大的電容。主電容的作用是儲(chǔ)能和濾波，其身上三個(gè)參數(shù)重要參數(shù)，分別是耐壓、耐溫和容量。其中耐壓值指的是電容可以承受的電壓上限，主電容是整個(gè)電源中承受電壓最高的電容，因?yàn)槠湫枰鎸?duì)PFC電路輸出的高壓電流。目前主流的PC電源基本上都已經(jīng)用上了主動(dòng)式PFC電路，這實(shí)際上是一套升壓整流電路，可以將輸入交流市電轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷焊叩拿}沖直流電，其最高電壓往往超過(guò)300V甚至達(dá)到380V的水平，因此PFC電容必須擁有較高的耐壓值，一般來(lái)說(shuō)都需要用到耐壓400V的產(chǎn)品，高端電源則會(huì)用上420V甚至是450V耐壓的主電容，有更高的冗余量和安全度。

耐溫則是指電容可以承受的溫度上限，一般來(lái)說(shuō)電容耐溫的耐溫越高，電容的壽命也會(huì)越長(zhǎng)。而電容的壽命則與電容的溫度有密切關(guān)系，工作時(shí)電容溫度越接近于耐溫值，其壽命縮減的速度就會(huì)越快，因此在同等耐壓、同等容量和同等工作環(huán)境的情況下，耐溫值更高的電容理論上會(huì)擁有更長(zhǎng)的工作壽命。目前主電容常見(jiàn)的耐溫值有85℃和105℃兩種，后者當(dāng)然是更好的選擇，但成本也會(huì)更高，而且由于PC電源大都有風(fēng)扇進(jìn)行散熱，主電容的溫度其實(shí)很難達(dá)到耐溫值的上限，因此85℃耐溫的電容與105℃耐溫的電容在常規(guī)的使用環(huán)境中來(lái)說(shuō)其實(shí)并沒(méi)有明顯的差異，在相同的成本預(yù)算下，廠商會(huì)更傾向于容量更大的電容。

與耐壓和耐溫值相比，主電容的容量對(duì)于電源性能的影響是比較明顯的。目前主流電源所用的主動(dòng)式PFC電路輸出的高壓脈沖電流，因此電壓波形并不是連續(xù)的。如果沒(méi)有主電容與PFC電感組成的LC儲(chǔ)能濾波電路，那么在兩個(gè)脈沖之間的低電壓階段，就必然會(huì)導(dǎo)致后續(xù)電路無(wú)法穩(wěn)定工作。但是如果主電容的容量不夠，那么在高負(fù)載的情況下，電路中的電壓仍然會(huì)出現(xiàn)很大的波動(dòng)，也容易產(chǎn)生較高的低頻紋波，會(huì)對(duì)后續(xù)電路的正常工作產(chǎn)生明顯影響。

大容量的電容體積也會(huì)更大，因此高端電源會(huì)用兩個(gè)電容并聯(lián)的方式獲得更高的等效容量

此外PC電源的保持時(shí)間也是一個(gè)很重要的評(píng)估參數(shù)，保持時(shí)間是指電源在切斷外部市電輸入后仍然能夠維持正常輸出的時(shí)間，按照英特爾的ATX12V 2.52規(guī)范的要求是滿載輸出的情況下，各路輸出以及PG的保持時(shí)間不小于16ms。在切斷外部輸入之后，主電容中殘留的電力就成為了后續(xù)電路的唯一能量來(lái)源，因此想要保證電源的保持時(shí)間能夠達(dá)標(biāo)，電容的容量也是很關(guān)鍵的，這就是為什么說(shuō)主電容對(duì)電源性能有較大影響的主要原因。

那么主電容應(yīng)該配置多大容量的呢？不同的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)主電容的要求其實(shí)是不一樣的，例如雙管正激對(duì)容量的要求會(huì)高一些，而LLC諧振則會(huì)小一些，因此我們不能一概而論，但總體來(lái)說(shuō)還是容量大會(huì)更有優(yōu)勢(shì)的，但盲目增大主電容的容量也是不正確的，因?yàn)槿萘吭酱蟮碾娙莸某潆姇r(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)，很容易會(huì)引發(fā)電源電壓上升時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題。所以主電容的容量一般是需要根據(jù)電源的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、額定功率和市場(chǎng)定位等多方面的因素來(lái)進(jìn)行確定，目前業(yè)內(nèi)有一個(gè)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，那就是主電容的容量與額定功率之間的關(guān)系應(yīng)該是“不低于每瓦0.5μF”，也就是說(shuō)一個(gè)額定功率為1000W的電源，其主電容的容量應(yīng)該要不低于500μF，這樣才能保證主電容在電源中可以起到很好的儲(chǔ)能和濾波的作用。

輸出濾波電容：降低輸出紋波的主要功臣

除了PFC電容外，PC電源里還有一種電容是比較重要的，那就是電源的輸出濾波電容。顧名思義，輸出濾波電容是放置在輸出端的電容，主要起到濾波的作用，除了濾除輸出直流電中的交流成分外，還可以起到降低輸出紋波的作用。

中高端電源的+12V輸出已經(jīng)普遍采用固態(tài)電容進(jìn)行儲(chǔ)能和濾波

與主電容的作用類似，輸出濾波電容主要承擔(dān)二次側(cè)脈沖電流的輸出儲(chǔ)能和濾波作用，只是承受的電壓相比主電容是要低很多，是+12V/+5V/+3.3V這樣的輸出電壓，但電流強(qiáng)度會(huì)更大，而且頻率會(huì)更高一些。因此輸出濾波電容一般是耐壓值比較低但容量比較大的產(chǎn)品，例如16V耐壓3300μF容量的電解電容就是一種很典型的輸出儲(chǔ)能濾波電容。此外由于二次側(cè)的脈沖電流頻率更高，在目前的中高端電源產(chǎn)品中已經(jīng)普遍用上了固態(tài)電容為最重要的+12V輸出進(jìn)行儲(chǔ)能和濾波，一來(lái)可以為其它硬件提供穩(wěn)定的+12V電壓，而來(lái)固態(tài)電容在高頻下的濾波效果也會(huì)更好一些。

模組接口的PCB上也會(huì)有電容進(jìn)行濾波

此外在模組接口電源中，為了減少端口的輸出紋波和電壓波動(dòng)，模組接口PCB上也常見(jiàn)各種電容，包括固態(tài)電容和電解電容，這些電容主要是起濾波的作用，但也會(huì)具備儲(chǔ)能的效果。因此盡管電源的輸出濾波電容的主要作用是降低輸出紋波，但是在電源的保持時(shí)間方面也會(huì)有一定的貢獻(xiàn)，因此從原則上來(lái)說(shuō)，輸出濾波電容也應(yīng)該是數(shù)量越多、等效容量越大，濾波和儲(chǔ)能的效果也會(huì)越加顯。

但正如主電容的容量不能盲目增大一樣，輸出濾波電容的總?cè)萘恳彩遣荒苊つ吭龃蟮模驗(yàn)檫@樣會(huì)導(dǎo)致電源輸出電壓的上升時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，很容易引起開(kāi)機(jī)失敗、關(guān)機(jī)后自動(dòng)重啟這樣的小毛病。而且英特爾在ATX12V 2.52電源設(shè)計(jì)指南中也明確要求，每路輸出的濾波電容總?cè)萘繎?yīng)該控制在3300μF左右，而之前的要求是控制在10000μF左右，顯然是希望廠商是通過(guò)調(diào)整前端電路的方式來(lái)獲得更好的電源性能，而不是通過(guò)加大輸出濾波電容的方式來(lái)?yè)Q取。