聊一聊電容的相關(guān)知識(shí)

在開(kāi)關(guān)開(kāi)源中，我們會(huì)應(yīng)用到大量的電容器件，每一種電容都有它自己的特性，不會(huì)只使用一種類型的電容。一個(gè)設(shè)計(jì)非常成功的電力電子作品，必須對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)合，選用不同的電容。

1.對(duì)電容的應(yīng)用場(chǎng)合做一個(gè)簡(jiǎn)單的劃分

鋁電解電容—用于需要大容量、小體積的場(chǎng)合，如變換器的輸入、輸出；

鉭電容—用于需要中等電容量的場(chǎng)合，如變換器的輸入、輸出

陶瓷電容—用于定時(shí)與信號(hào)電路

多層陶瓷電容—用于低ESR的場(chǎng)合(如變換器輸入輸出端與電解電容并聯(lián))

塑料電容—用于高dv/dt的場(chǎng)合，如準(zhǔn)諧振變換器

2.對(duì)電容的應(yīng)用場(chǎng)合做一個(gè)簡(jiǎn)單的劃分

在上一期我們講到(電力電子器件篇之電阻)，PCB上的電阻不能無(wú)限大，同理，電容也存在一個(gè)實(shí)際可用的最小值。兩個(gè)相互靠的很近的表面會(huì)形成一個(gè)電容，這個(gè)并聯(lián)電容的電容量可以大于你正在使用的外接電容。

實(shí)用提示：避免使用小于22pF的電容，除非已經(jīng)采取了特別的預(yù)防措施。

3.ESR和功率損耗

實(shí)用提示：100kHz時(shí)電容的ESR無(wú)法從在頻率為120Hz時(shí)給定的數(shù)據(jù)中得到。ESR除了是頻率f函數(shù)之外，還和溫度有關(guān)。在-25℃時(shí)，ESR的數(shù)值幾乎可以是25℃時(shí)的3倍！要得到近似的ESR，至少需要知道所期望的工作頻率的階次。

實(shí)例

已知在100kHz時(shí)，電源的輸出電流紋波為1App，電壓紋波50mV。首先，這個(gè)脈動(dòng)可以等效為一個(gè)大電容:1A×(1/100kHz)= 10μC，因此,即使忽略ESR，也需要一個(gè)C= Q/V =10uC/50mV = 200pF的電容。那么，可以假定，至少需要兩個(gè)100pF的電解電容。通常，這種尺寸大小的電容在室溫下的ESR大約為100mΩ。如果電壓紋波要降至50mV，那么ESR為50mV/1A( = 50mΩ)，需要兩個(gè)電容并聯(lián)才能做到。但是，當(dāng)溫度為-25℃，每個(gè)電容的ESR大約為300m，因此，實(shí)際上需要6個(gè)電容。這個(gè)溫度下，由ESR產(chǎn)生的紋波是50mV，而由電容產(chǎn)生的紋波只有大約17mV；由于電阻和電容的相位不同，總的紋波約為l a =[(50mV)+(17mV)']12 = 53mV。很顯然，設(shè)計(jì)一個(gè)大容量濾波器時(shí)，ESR常常要比總的電容值還要重要。

4.老化

盡管老化這個(gè)問(wèn)題很容易被忽視，所謂的“電源壽命1000h”實(shí)際上是對(duì)電解電容而言的。如果把電源放在對(duì)其進(jìn)行考核的溫度條件下工作，或者需要連續(xù)工作幾年，那么就要選擇2000h，甚至更好的5000h的電容。當(dāng)使用年限接近額定的老化年限的時(shí)候，電容值就會(huì)下降，紋波增加，直到不能滿足要求。這不是隨意說(shuō)說(shuō)的事情。也許，很多人不愿意等待一年左右的時(shí)間，才能觀察到性能變差，可以通過(guò)壽命加速的測(cè)試試驗(yàn)，很快能夠清楚的顯示電容之間的差異。

然而,值得慶幸的是,溫度每下降10℃,電容的壽命就可以加倍,因此,85℃時(shí)額定壽命為2000h的電容，在平均溫度為25℃時(shí)，可以持續(xù)工作2000hx2 = 128000h= 16年。

實(shí)用提示:需要先搞清楚，以上的電容壽命計(jì)算中使用的是平均溫度，而不是工作中的最高溫度，也不是額定溫度——否則，將無(wú)法找到這么長(zhǎng)壽命的電容。

5.電容的串聯(lián)

如果電容的額定電壓不能達(dá)到所需要那么高，不妨把兩個(gè)(或多個(gè))電容串聯(lián)起來(lái)。(整流輸出中,)兩個(gè)電容串聯(lián)組成的一個(gè)分電壓電路，如果其中的一個(gè)電容容量比另一個(gè)電容小的話，小電容將比大電容承受更高的電壓。實(shí)際中不推薦這種設(shè)計(jì)法，但是如果需要，也可以嘗試給每個(gè)電容并聯(lián)一個(gè)電阻，如圖下圖所示。這會(huì)有助于電壓的平衡。

電容串聯(lián)的實(shí)際連接法