芯片|(深度长文)电源设计中的电容选用规则( 三 )
在开关稳压电源中作为输出滤波用的电解电容器 , 其上锯齿波电压的频率高达数十千赫 , 甚至数十兆赫 , 它的要求和低频应用时不同 , 电容量并不是主要指标 , 衡量它好坏的则是它的阻抗一频率特性 , 要求它在开关稳压电源的工作频段内要有低的等的阻抗 , 同时 , 对于电源内部 , 由于半导体器件开始工作所产生高达数百千赫的尖峰噪声 , 亦能有良好的滤波作用 , 一般低频用普通电解电容器在10 千赫左右 , 其阻抗便开始呈现感性 , 无法满足开关电源使用要求 。
普通的低频电解电容器在万赫兹左右便开始呈现感性 , 无法满足开关电源的使用要求 。 而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子 , 正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极 , 负极铝片的两端也分别引出作为负极 。 电流从四端电容的一个正端流入 , 经过电容内部 , 再从另一个正端流向负载;从负载返回的电流也从电容的一个负端流入 , 再从另一个负端流向电源负端 。
开关稳压电源专用的高频铝电解电容器 , 它有四端个子 , 正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极 , 负极铝片的两端也分别引出作为负极 。 稳压电源的电流从四端电容的一个正端流入 , 经过电容内部 , 再从另一个正端流向负载;从负载返回的电流也从电容的一个负端流入 , 再从另一个负端流向电源负端 。 因为四端电容具有良好的高频特性 , 它为减小输出电压的脉动分量以及抑制开关尖峰噪声提供了极为有利的手段 。
开关稳压电源具有多功能综合保护:稳压器除了最基本的稳定电压功能以外 , 还应具有过压保护(超过输出电压的+10%)、欠压保护(低于输出电压的 -10%)、缺相保护、短路过载保护最基本的保护功能 。 尖脉冲抑制(可选):电网有时会出现幅值很高 , 脉宽很窄的尖脉冲 , 它会击穿耐压较低的电子元件 。 稳压电源的抗浪涌组件能够对这样的尖脉冲起到很好的抑制作用 。
高频铝电解电容器还有多芯的形式 , 它将铝箔分成较短的若干小段 , 用多引出片并联连接以减小容抗中的电阻成份 , 同时 , 采用低电阻率的材料并用螺杆作为引出端子 , 以增强电容器承受大电流的能力 。
叠片电容也称为无感电容 , 一般电解电容器的芯子都卷成圆柱形 , 等效串联电感较大;叠片电容的结构和书本相仿 , 因流过电流产生的磁通方向相反而被抵消 , 因而降低了电感的数值 , 具有更为优良的高频特性 , 这种电容一般做成方形 , 便于固定 , 还可以适当减小占机体积 。
图 电容降压电源电路
2.吸收与换相电容器
随着栅控半导体器件的额定功率越做越大 , 开关速度越来越快 , 额定电压越来越高 , 对缓冲电路的电容器仅仅要求足够的耐压、容量及优异的高频特性是不够的 。
在大功率电力电子电路中 , 由于IGBT 的开关速度已小于1μs , 要求吸收电路电容器上的电压变化速率dv/dt》 V/μs 已是很正常的 , 有的要求 V/μs 甚至 V/μs 。
对于普通电容器 , 特别是普通金属化电容器的dv/dt《100V/μs , 特殊金属化电容器的dv/dt≤200V/μs , 专用双金属化电容器小容量(小于10nF)的dv/dt≤1500V/μs , 较大容量(小于0.1μF)的则为600V/μs , 在这种巨大且重复率很高的峰值电流冲击下是很难承受的 。 损坏电力电子电路的现象 。
目前吸收电路专用电容器 , 即金属箔电极可承受较大的峰值电流和有效值电流冲击 , 如:较小容量(10nF 以下)的可承受100000V/μs~455000V/μs 的电压变化率、3700A 峰值电流和达9A 有效值电流(如CDV30FH822J03);较大容量(大于10nF , 小于0.47μF)或较大尺寸的可承受大于3400V/μs 以及1000A 峰值电流的冲击 。
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