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電容器是怎麽樣的?常見問(wen)題

電容器是怎麽樣的?

發布時間:2022-01-04

眾所周(zhou)知(zhi),開(kai)關電(dian)源是當(dang)今信息家(jia)電設(she)備的(de)主要電源,為(wei)電子設備小(xiao)型(xing)輕(qing)便(bian)化(hua)作出(chu)不可(ke)磨滅的貢獻(xian)。開關(guan)電源(yuan)不斷(duan)的小型化、輕量化和(he)高效率(lv),在(zai)電子(zi)設備(bei)中使(shi)用(yong)量(liang)越來越(yue)大,普(pu)及(ji)率越來(lai)越高(gao)。相(xiang)應(ying)的就要求電解電容(rong)器小型大容量化,耐(nai)紋波電流(liu),高頻低阻(zu)抗化,高溫度(du)長壽(shou)命(ming)化和更適(shi)應高密度組(zu)裝。

電容量與(yu)體積


由於(yu)電解電容器多(duo)數采(cai)用卷繞結構(gou),很容易擴(kuo)大體(ti)積,因(yin)此(ci)單(dan)位(wei)體積(ji)電容量非(fei)常大(da),比其它電容大幾(ji)倍(bei)到(dao)幾十倍。但(dan)是(shi)大電容量的獲取是以體積的擴大為代(dai)價(jia)的,現(xian)代開關電源要求越來越高的效率,越來越小的體積,因(yin)此,有必(bi)要尋(xun)求新的解(jie)決(jue)辦法(fa),來獲(huo)得大電容量、小體積的電容器。


在開關電源的原邊一旦(dan)采用有源濾(lv)波(bo)器(qi)電路,則(ze)鋁(lv)電解電容器的使用環境變得(de)比以前更(geng)為嚴酷:


(1)高頻脈(mai)衝電流主要(yao)是20 kHz~100kHz的脈動(dong)電流,而(er)且大幅(fu)度增(zeng)加(jia);


(2)變(bian)換器的主(zhu)開關管發(fa)熱,導致鋁電解電容器的周圍溫度升(sheng)高;


(3)變換器多采用升壓(ya)電路(lu),因此要求(qiu)耐高壓的鋁電解電容器。這(zhe)樣一(yi)來,利(li)用以(yi)往技(ji)術製造(zao)的鋁電解電容器,由於要吸收(shou)比以往更大的脈動電流,不得不(bu)選(xuan)擇大尺(chi)寸(cun)的電容器。結果,使電源的體積龐(pang)大,難(nan)以用於小型化的電子設備。為了(le)解決這些難題(ti),必須研(yan)究(jiu)與開發一種新型的電解電容器,體積小、耐高壓,並且(qie)允(yun)許流過(guo)大量高頻(pin)脈衝(chong)電流。另(ling)外,這種電解電容器,在高溫(wen)環境下工作,工(gong)作壽命還(hai)須(xu)比(bi)較長(zhang)。

承受溫度與壽命


在開關電源設計過程中(zhong),不可避(bi)免地要挑(tiao)選適用的電容。就100μF以上的中、大容量產品(pin)來說(shuo),因為鋁電解電容的價格便宜(yi),所(suo)以,迄今使用的最(zui)為廣泛(fan)。但是, 最近幾年卻發生(sheng)了顯(xian)著變化,避免(mian)使用鋁電解電容的情(qing)況正在增加。出現這種變化的一個原因是,鋁電解電容的壽命往往(wang)會成(cheng)為整個(ge)設備的薄弱環節。電源模(mo)塊(kuai)製造廠家的工程師(shi)表示(shi):“對於鋁電解電容這種(zhong)壽命有限的元件,如果可以不用, 就盡量不要采用。”因為鋁電解電容內部(bu)的電解液(ye)會蒸發或產(chan)生化學變化,導致(zhi)靜電容量減少或等效串(chuan)聯(lian)電阻(ESR)增大, 隨(sui)著(zhu)時間(jian)的推(tui)移(yi),電容性能肯(ken)定(ding)會劣(lie)化。


電解電容器的壽命與電容器長期工作(zuo)的環境(jing)溫度有直接(jie)關係,溫度越高,電容器的壽命越短。普通的電解電容器在環(huan)境溫度為90℃時(shi)已經損(sun)壞。但是現在有很多種類(lei)的電解電容器的工作環境溫度已經(jing)很(hen)高在環境溫度為90℃,通(tong)過電解電容器的交流電流和額定脈衝電流的比為0.5時,壽命仍(reng)然(ran)為10000h,但是如果(guo)溫度上(shang)升到95℃時,電解電容器即(ji)已經損壞。因此,在選擇(ze)電容器的時候,應該根據具體的環境溫度和其它的參數指標(biao)來選定,如(ru)果忽(hu)略(lve)了環境溫度對電容器壽命的影響(xiang),那麽電源工作的可靠性(xing)、穩(wen)定性將大大降低(di),甚(shen)至(zhi)損壞設備和儀(yi)器。就(jiu)一般情況(kuang)而言,電解電容器工作在環境溫度為80℃時,一般能達(da)到10000h壽命的要求。


另一方麵,電解電容器的壽命還與電容器長時間工作的交流電流與額定脈衝電流(一般(ban)是指(zhi)在85℃的環境溫度下測試值(zhi),但是有一些(xie)耐高溫的電解電容器是在125℃時測(ce)試(shi)的數據)的比值有關。一般說來,這個比值越大,電解電容器的壽命越短,當流過電解電容器的電流為額定電流的3.8倍時,電解電容器一般都已經損壞(huai)。所以,電解電容器有它的安全(quan)工作區(qu),對(dui)於一般應用,當交(jiao)流電流與額定脈衝電流的比值在3.0倍以下時,對於壽命的要求已(yi)經滿足(zu)。環境溫度和紋(wen)波電流對電解電容器的影響。

頻率特性與阻抗(kang)


對於中小輸(shu)出功率開關電源的工作頻率除少(shao)數(shu)因價格限製(zhi)而仍采用20~40kHz外,大多數均(jun)在50kHz以上;DC/DC電源模塊大多在300kHz以上;大功率開關電源的開關頻率受主開關(一般采用IGBT)的開關速度限製而一般在20~40kHz。盡管開關頻率有所不同(tong),但是開關電源的輸出整流濾波電容器的作用基本(ben)相同,主要是通過利用濾波電容器吸(xi)收開關頻率及其(qi)高次(ci)諧波頻率的電流分量而濾除(chu)其紋波電壓分(fen)量。


在開關電源輸出端用的濾波電容,與工頻電路中選用的濾波電容並不一樣,在工頻電路中用作濾波的普通電解電容器,其上的脈動電壓頻率僅有100Hz,充(chong)放(fang)電時間是毫秒(miao)數量級,為獲得較小的脈動係數,需要的電容量高達數十萬微法,因而一般低頻用普通鋁電解電容器製造目標是以提(ti)高電容量為主,電容器的電容量、損耗角正切值以及漏電流是鑒別其優劣的主要參(can)數。在開關穩壓電源中作為輸出濾波用的電解電容器,由於大多數的開關電源工作在方波或(huo)矩(ju)形波的狀(zhuang)態(tai),含(han)有及其豐(feng)富的高次諧(xie)波電壓與電流,其上鋸(ju)齒(chi)波電壓的頻率高達數十千赫,甚至數十(shi)兆赫,它的要求和低頻應用時不同,電容量並不是主要指標,衡量它好(hao)壞的則是它(ta)的阻抗頻率特性。

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