在开关电源中如何对电解电容器做出正确的选择
开关电源电容选择计算方法
开关电源电容选择计算方法选择开关电源的电容时,需要考虑以下几个因素:工作频率、负载要求、稳压要求、体积和成本。
第一步:确定工作频率工作频率对电容的选择非常重要,因为电容器的容性会随频率的变化而变化。
通常,电容的容性与频率成反比,因此在高频范围内选择合适的电容值非常关键。
第二步:计算负载要求负载要求包括负载电流和纹波电流两个方面。
负载电流是指电容器需要提供给负载的电流,而纹波电流是指从电容器流过的交流电流。
负载电流通常可以从电路图或负载手册中获取,纹波电流则可以通过计算或测量获得。
根据负载电流和纹波电流的数值,可以计算所需的最小电容值。
一般来说,较大的负载电流和纹波电流需要更大的电容值才能满足系统要求,而较小的负载电流和纹波电流则可以选择相对较小的电容值。
一般的经验法则是,选择的电容值应该大于所需电容值的两倍。
第三步:考虑稳压要求稳压要求是指在负载变化或输入电压变化时,输出电压的稳定性。
稳压要求一般通过纹波电压来衡量,即输出电压的波动幅度。
如果稳压要求较高,则需要选择较大容值的电容器。
一般来说,电容器的容值越大,输出电压的稳定性越好。
但是,较大的电容值通常会增加系统的体积和成本,因此需要在稳压要求和系统成本之间进行权衡。
第四步:考虑体积和成本电容器的体积和成本是选择电容值时需要考虑的重要因素。
较大的电容值通常会增加系统的体积和成本,因此需要根据系统的要求和预算来选择合适的电容值。
此外,还需要考虑电容器的封装形式和温度特性,因为这些因素也会影响系统的体积和成本。
总之,选择开关电源的电容时需要考虑工作频率、负载要求、稳压要求、体积和成本等因素。
根据这些因素的要求和约束,可以计算出所需的最小电容值,并在此基础上进行合理的选择。
在选择电容器时,还需要考虑电容器的封装形式、温度特性和可靠性等因素,以确保系统的性能和可靠性。
电解电容选型的6个重要指标
电解电容选型的6个重要指标1 电容量与体积由于电解电容器多数采用卷绕结构,很容易扩大体积,因此单位体积电容量非常大,比其它电容大几倍到几十倍。
但是大电容量的获取是以体积的扩大为代价的,现代开关电源要求越来越高的效率,越来越小的体积,因此,有必要寻求新的解决办法,来获得大电容量、小体积的电容器。
在开关电源的原边一旦采用有源滤波器电路,则铝电解电容器的使用环境变得比以前更为严酷:(1)高频脉冲电流主要是20 kHz~100kHz的脉动电流,而且大幅度增加;(2)变换器的主开关管发热,导致铝电解电容器的周围温度升高;(3)变换器多采用升压电路,因此要求耐高压的铝电解电容器。
这样一来,利用以往技术制造的铝电解电容器,由于要吸收比以往更大的脉动电流,不得不选择大尺寸的电容器。
结果,使电源的体积庞大,难以用于小型化的电子设备。
为了解决这些难题,必须研究与开发一种新型的电解电容器,体积小、耐高压,并且允许流过大量高频脉冲电流。
另外,这种电解电容器,在高温环境下工作,工作寿命还须比较长。
2 承受温度与寿命在开关电源设计过程中,不可避免地要挑选适用的电容。
就100μF以上的中、大容量产品来说,因为铝电解电容的价格便宜,所以,迄今使用的最为广泛。
但是, 最近几年却发生了显著变化,避免使用铝电解电容的情况正在增加。
出现这种变化的一个原因是,铝电解电容的寿命往往会成为整个设备的薄弱环节。
电源模块制造厂家的工程师表示:“对于铝电解电容这种寿命有限的元件,如果可以不用, 就尽量不要采用。
”因为铝电解电容内部的电解液会蒸发或产生化学变化,导致静电容量减少或等效串联电阻(ESR)增大, 随着时间的推移,电容性能肯定会劣化。
电解电容器的寿命与电容器长期工作的环境温度有直接关系,温度越高,电容器的寿命越短。
普通的电解电容器在环境温度为90℃时已经损坏。
但是现在有很多种类的电解电容器的工作环境温度已经很高在环境温度为90℃,通过电解电容器的交流电流和额定脉冲电流的比为0.5时,寿命仍然为10000h,但是如果温度上升到95℃时,电解电容器即已经损坏。
开关电源电容选择计算方法
开关电源电容选择计算方法开关电源的寿命很大程度受到电解电容的制约,而电解电容的寿命取决于其内核温升。
本文从纹波电流计算、纹波电流实测、电解电容选型、温度测试方法、寿命估算等方面,对电解电容作了全面的分析。
纹波电流产生的热量引起电容的内部温升,加速电解液的蒸发,当容值下降20%或损耗角增大为初始值的2~3倍时,预示着电解电容寿命的终结。
通过检查电容器上的纹波电流,可预测电容器的寿命。
本文以连续工作模式的反激变换器输出电容分析为例,重点从纹波电流角度全面分析电解电容的选型与寿命。
1、纹波电流计算假设已知连续工作模式的反激变换器,其输出电流Io 为1.25A,纹波率r为1.1,占空比D为0.62,开关频率为60kHz,由此可以计算次级纹波电流ΔIo和有效值电流Io.rms。
次级纹波电流ΔIo:有效值电流Io.rms:最终得到流过输出电容的纹波电流:图1直观的显示了该电容的纹波电流波形:图1 纹波电流波形2、电解电容选型由上述计算分析得到流过电容的纹波电流为1.72A,综合考虑体积和成本,选择了纹波电流为1.655A的电解电容。
该纹波电流需在电源开关频率下选择,如下列图某厂家电容手册的纹波电流有频率因子,不同频率下的纹波电流不同。
高频低阻电容均会给出100kHz下的纹波电流,本设计开关频率为60kHz,频率因子为0.96~1之间,在此取1即可。
图2 电容纹波电流频率因子注:纹波电流还有一个温度系数,例如105℃电容,在85℃环境温度下,允许的最大纹波电流约为额定最大纹波电流的1.73倍,该参数一般不在电容手册中表达。
3、纹波电流实测测试电解电容纹波电流时,需将电容引脚穿入电流探头中,通过示波器可读得交流有效值。
本设计实例的纹波电流测试结果如图3所示,示波器读得有效纹波电流为1.64A,与理论设计接近。
因此理论计算具有较大的工程指导意义。
图3 实测电容纹波电流4、温度测试方法测量容体表面温度Ts:需在电容器侧面的中间位置开展,如果由于外部影响导致电容器表面温度不均匀、不稳定,需综合测量电容器表面4个点的温度,再取平均值。
开关电源中各类电容的正确选择方法
开关电源中各类电容的正确选择方法深圳市森树强电子科技有限公司电容可用来减少纹波并吸收开关稳压器产生的噪声,它还可以用于后级稳压,提高设备的稳定性和瞬态响应能力。
电源输出中不应出现任何纹波噪声或残留抖动。
这些电路常采用钽电容来降低纹波,但钽电容有可能受到开关稳压器的噪声影响而产生不安全的瞬变现象。
为保证可靠工作,必须降低钽电容的额定电压。
例如,额定值为10uF/35V的D型钽电容,工作电压应降低到17V,如果用在电源输入端过滤纹波,额定35V钽电容可在高达17V的电压导轨上可靠地工作。
高压电源总线系统一般很难达到额定电压降低50%的指标。
这种情况限制了钽电容用于电压导轨大于28V的应用。
目前,由于钽电容需要被降额使用,高压滤波应用唯一可行的办法是采用体积较大且带引线的电解电容,而不是钽电容。
大电容是退耦电容,即相当于给下级IC提供了一个电荷水池,大电容电压不突变,所以,如果下级IC的IO口转换剧烈,需要大电流时,从退耦电容中提取电流,不会拉低开关电源电压,从这个意义讲,大电容免除下级IC对电源的影响。
小电容是作用正好相反,是滤波电容,即电源电压通过整形滤波之后出来的电压仍不可避免的有各次波谐波分量,即有交流分量,所以小电容是免除电压波动对下级IC的影响的。
1、EMI滤波电容的选择能滤除电网线之间的串模干扰的电容器,称作“X电容”(一般选择X2,常用容量范围是1nF~1uF,并联在电网之间)能滤除由一次绕组、二次绕组耦合电容产生的共模干扰电容器,称作“Y 电容”,一端接一次侧直流高压,另一端接二次侧公共端(用于滤除10~200MHz 频段的高频干扰,因此需要用短引线连接,常用容量范围是1~2.2nF 耐压值一般不低于1.5kV)2、旁路电容和去耦电容去耦电容在集成电路的电源和地之间有两个作用:2.1、旁路掉该器件的高频噪声。
(数字电路中典型的去耦电容值是0.1uF,最好不用电解电容,去耦电容的选用经验算法:C=1/F,即10MHz 取0.1uF,100MHz 取0.01uF)在电子电路中,旁路电容和去耦电容都是起到抗干扰的作用,因为电容处的位置不一样,称呼也就不一样了。
电路中电容器的作用及选择技巧
电路中电容器的作用及选择技巧在我们日常生活和各种电子设备中,电路是无处不在的。
而在电路中,有一个看似不太起眼但却十分重要的元件——电容器。
电容器就像是电路中的“小水库”,有着储存电荷和释放电荷的能力,发挥着多种多样的作用。
同时,为了让电路能够稳定、高效地运行,正确选择电容器也是至关重要的,这需要我们掌握一些实用的技巧。
一、电容器的作用1、滤波作用在电源电路中,由于交流电源的输入往往存在着各种干扰和波动,电容器能够起到滤波的作用。
它就像一个“筛子”,可以把电源中的交流成分滤除掉,让输出的直流电压更加平滑稳定。
例如,在电脑的电源中,就有大量的电容器用于滤波,以保证各个硬件能够得到稳定的供电,从而正常工作。
2、耦合作用在放大器等电路中,电容器可以实现信号的耦合。
简单来说,就是让交流信号能够顺利通过,同时阻止直流信号。
这样可以保证前后级电路之间的交流信号传递,而不会相互影响直流工作点。
比如说,在音频放大器中,电容器将前级放大的音频信号传递到后级进行进一步放大,同时又防止前级的直流偏置影响到后级电路。
当电路需要瞬间的大电流或者突发的能量供应时,电容器可以充当“能量仓库”。
它能够在电路中储存能量,并在需要的时候迅速释放出来。
比如闪光灯电路中,电容器先充电储存能量,然后在按下快门时快速放电,产生强烈的闪光。
4、定时作用电容器与电阻器配合,可以构成定时电路。
通过电容器的充放电过程来控制时间的长短。
常见的如电子定时器、延时开关等,都是利用了电容器的这一特性。
5、调谐作用在无线电通信等领域,电容器常用于调谐电路。
通过改变电容器的容量,可以调整电路的谐振频率,从而实现对特定频率信号的选择和接收。
二、电容器的选择技巧1、电容值的选择电容值是选择电容器时首先要考虑的参数。
不同的应用场景需要不同的电容值。
一般来说,滤波电路中需要较大的电容值,通常在几百微法甚至数千微法;而在耦合电路中,电容值一般较小,通常在几微法到几十微法之间。
电解电容的选择原则
电解电容的选择原则铝电解电容器电路设计要点1)在确认使用及安装环境时,作为按铝电解电容器样本设计说明书上所规定的额定性能范围内使用的电容器,应避免在下述情况下使用:1. a. 高温(温度超过最高温度使用)2. b. 过流(电流超过额定纹波电流)3. c. 过压(电压超过额定电压)4. d. 施加反向电压或交流电压。
5. e. 使用于反复多次急剧充放电的电路中。
另:1、在电路设计时,请选用与机器寿命相当的电容器。
2、机器性能有特殊要求时,可与研发人员探讨,制作使用的特殊电容。
2)电容器外壳、辅助引出端子与正、负极以及电路板间必须完全隔离;3)当电容器套管的绝缘不能保证时,在有绝缘性能特定要求的地方请不要使用;4)请不要在下述环境下使用电容器:1. a. 直接与水、盐水及油类接触、或结露的环境;2. b. 充满有害气体的环境(硫化物,H2S,H2SO3,HNO3,CL2,氨水等);3. c. 置于日照、臭氧、紫外线及有放射性物质的环境;4. d. 振动及冲击条件超过了样本及说明书的规定范围的恶劣环境;5)在设计电容器的安装时,必须确认下述内容:1. a. 电容器正、负极间距必须与线路板孔距相吻合;2. b. 保证电容器防爆阀上方留一定的空间;3. c. 保证电容器防爆阀上方尽量避免配线及安装其他元件;4. d. 电路板上,电容器的安装位置,请不要有其他配线;5. e. 电容器四周及电路板上尽量避免设计、安装发热元件;6)另外,在设计电路时,必须确认以下内容:a) 温度及频率的变化不至于引起电性能变化;b) 双面印刷板上安装电容器时,电容器的安装位置避免多余的基板孔和过孔;c) 两只以上电容器并联连接时的电流均衡。
电解电容的选用方法和技巧⑴电容选择考虑原则要留足余量, 不能勉强利用, 否则将造成不必要的损坏.主要考虑以下几点:①应根据电路要求选择电容器的类型;②合理确定电容器的电容量及允许偏差;③选用电容器的工作电压应符合电路要求;④优先选用绝缘电阻大、介质损耗小、漏电流小的电容器;⑤应根据电容器工作环境选择电容器。
开关电源中的电容器选用
开关电源中的电容器选用开关电源中的电容器选用开关电源寿命的60%是由电容器质量决定的,所以开关电源使用的电容器要求寿命长、体积小、工作频率高和耐高温。
在开关电源电路中常用到以下几种类型的电容器。
1. 陶瓷电容器。
陶瓷电容器具有绝缘性能强、绝缘电阻高,可用于高电压电路、耐热性能好的特点;陶瓷材料的温度系数范围很宽,可以生产出不同温度系数的电容器,以适应不同的应用场合。
陶瓷电容器的损耗角正切值与频率的关系很小,可广泛用于开关电源的高频电路中,陶瓷电容器的电容量比较小,一般只有几皮法到零点几微法。
陶瓷电容器一般为圆片形、筒形或叠片形。
机械强度低、易破裂是陶瓷电容器的缺点。
2. 薄膜电容器。
薄膜电容器是用聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯或聚碳酸酯等材料制成的。
薄膜电容器分为有极性有机薄膜和非极性有机薄膜电容器两种类型。
有极性有机薄膜电容器具有电容容量与体积的比值大、耐高温、耐电压强度高等优点。
非极性有机薄膜电容器具有损耗角正切值小、绝缘电阻大、介质吸收系数小、负温度系数等优点。
如果在有机薄膜上单面均匀地镀上一层金属膜并叠卷绕制成电容,则称为金属化有机薄膜电容器。
薄膜电容器有圆柱形、扁平形、叠片块状形等。
薄膜电容器产品型号中的C表示电容器,B表示聚苯乙烯。
它的体积小,重量轻,还具有“自愈”功能。
薄膜电容器包括聚苯乙烯电容器、聚四氟乙烯电容器、聚丙烯电容器、聚酯电容器、聚碳酸酯电容器等六种薄膜电容器。
聚苯乙烯薄膜电容器具有如下特点:a) 耐压范围宽,为30V~15KV。
普通聚苯乙烯电容器的工作电压为100V,高电压聚苯乙烯电容器的工作电压可达10KV~15KV;b) 绝缘电阻高,一般大于或等于100000000000欧姆,所以漏电流小,它在充电后静置1000小时,仍能保持电荷量的95%,而低质电容器在充电后静置200小时,其电荷就全部放完;c) 损耗角的正切值大,在高频电路中不宜使用金属化聚苯乙烯电容器;d) 电容器的容量范围宽,可生产100PF~100uF的电容器;e) 电容器的精度高,可生产出0.3%~0.1%的高精度电容器;f) 温度系数小,性能稳定,抗酸碱,耐潮湿等,使用时注意标注的耐压值和电容量。
电解电容选择
电解电容选择
电解电容是一种常见的电容器,其极性特性使其适用于许多电路应用。
在选择电解电容时,需要考虑以下几个方面:
1. 额定电压:电解电容的额定电压应大于电路中的最大电压,以避免电容器过载。
如果额定电压太低,电容器可能会短路或爆炸。
2. 容量:电解电容的容量应根据电路的需求进行选择。
容量过小可能导致电路不稳定,容量过大则可能增加电路的成本。
3. 电解质:电解电容的电解质决定了其使用寿命和性能。
有机电解质电容器通常具有更高的容量和更低的ESR(等效串联电阻),但需要更高的工作电压和具有不同的极性。
无机电解质电容器则通常具有更长的寿命和更好的耐高温性能。
4. 尺寸:电解电容的尺寸应根据电路的空间要求进行选择。
尺寸过大可能会限制电路的设计,而尺寸过小则可能会导致电容器无法承受电路中的电压或电流。
总之,在选择电解电容时,需要综合考虑以上几个方面,以确保其在电路中的稳定性和可靠性。
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开关电源适配器对电解电容的要求
开关电源适配器对电解电容的要求开关电源适配器对电解电容的要求开关电源适配器是当今便携数码产品、家用电器的主要电源变换器,为电子设备小型轻便化作出不可磨灭的贡献。
电源适配器不断的小型化、轻量化和高效率,在电子设备中使用量越来越大,普及率越来越高。
随着电源适配器的高效率、小型化、轻便化和集成电路的迅猛发展,电解电容作为电源适配器的重要组成元器件,也必须实现小型化、高频低阻抗化、长寿命化和耐纹波电流。
在开关电源适配器中对铝电解电容器的性能主要有如下要求。
1. 标称静电容量及其允许偏差。
滤波用电解电容器的容量大一些,有利于减小直流电压的纹波。
在耐压一定时,电解电容器的标称电容量越大,价格就会越高。
为使开关电源的成本尽可能低一些,电解电容器的容量可比用有关公式计算得到的数值稍低一些,作为折中考虑;对于交流市电输入的整流滤波,5W~10W的开关电源用电解电容器,容量可选取4.7~10uF;对于10W-50W的开关电源,按2.0~3.0uF/W的容量选用。
如果滤波电解电容器的容量太小,则会使直流电压纹波太大,不仅容易引起开关晶体管损坏,而且会导致功率因素下降、谐波含量增加。
电解电容器静电容量的允许偏差可以为±10%,最好为±5%。
2. 损耗角正切值.在25℃、100Hz下,要求电解电容器的损耗角正切值小于20%(V=300~400V)。
在105℃环境中,施加额定工作电压和最大允许纹波电流1000小时后,铝电解电容器的性能在25℃下应符合以下要求:额定电流不大于初期规定值,损耗角正切值不大于初期规定值的200%,静电容量的变化率在初始值的±15%以内。
3. 使用温度范围。
高温工作特性要好。
开关电源的温升一般能达到60℃,由于开关电源机壳内的空间较小,散热性能差,在环境温度达到35℃时,开关电源适配器内部元器件的结点温度将达到90℃以上,加上电解电容器自身的热损耗,其表面温度将进一步上升。
电源回路中电解电容作用及容值选择
电源回路中电解电容作用及容值选择电源回路中的电解电容扮演着多重角色,其中包括平滑直流电压、提供瞬态响应、过滤高频噪声等。
容值的选择取决于电路的需求和设计参数。
以下是电解电容的主要作用和容值选择的考虑因素:电解电容的主要作用:1.平滑直流电压(滤波):电解电容在电源回路中被用来平滑直流电压。
当电源中有交流成分时,电解电容通过存储电荷和释放电荷的方式,将直流电压的波动减小,提供相对稳定的电压输出。
2.提供瞬态响应:电解电容能够在瞬间提供额外的电流,以满足电路中突然变化的负载需求。
这对于电源回路在瞬态响应方面的性能是关键的。
3.过滤高频噪声:电解电容对于过滤电源线上的高频噪声非常有效。
这有助于保持电源回路中的干净直流电压,防止高频噪声传递到负载中。
容值选择的考虑因素:4.滤波需求:不同的应用对于电源电压平滑的要求不同。
容值的选择通常与直流电压的波动程度有关,较大的容值可以提供更好的平滑效果。
5.瞬态响应:如果电路需要快速响应负载变化,较大的电解电容可以提供更好的瞬态响应能力。
6.频率特性:容值的选择应该考虑电解电容的截止频率。
这与电路中的电源频率和负载频率相关。
选择合适的容值可以确保电容对所需频率范围内的信号有良好的响应。
7.体积和成本:大容值的电解电容体积相对较大,而且成本较高。
在一些空间受限或成本敏感的应用中,需要权衡容值和可接受的体积成本。
8.温度特性:电解电容的电容值通常随温度变化而变化。
在一些应用中,需要考虑工作环境的温度范围以及电容的温度特性。
总体而言,在电源回路中选择电解电容的容值需要综合考虑系统的电气要求、性能需求和成本因素。
在实际设计中,工程师通常会进行电路仿真和实验验证,以确保电容的选择符合特定应用的要求。
电解电容常用参数及选型方法
电解电容常用参数及选型方法电解电容是一种常见的电子元件,广泛应用于电子产品、电路板、通信设备等领域。
电解电容的选型与参数选择是设计工程师需要考虑的重要问题,本文将从常用参数和选型方法两个方面进行详细介绍。
一、电解电容的常用参数电解电容的常用参数可以分为以下几个方面:1. 额定电压(Rated Voltage):电解电容的额定电压是指在标准工作温度下,电容器可连续承受的最高电压。
根据电解电容的额定电压选择,应该保证选用的电解电容额定电压大于或等于设计电路中最大工作电压。
2. 容量(Capacitance):电解电容的容量是指它存储电荷的能力,单位为法拉(F)。
一般来说,电解电容容量越大,存储的电荷能力越强。
3. 耐久时间(Endurance):电解电容的耐久时间是指它在额定温度和额定电压下,能够正常工作的时间。
耐久时间越长,表示电解电容的寿命和可靠性越高。
4. 串联电阻(Equivalent Series Resistance,ESR):电解电容的串联电阻是指电容器模型等效电路中的电阻部分。
串联电阻越小,电解电容的效果和性能越好。
5. 百分比容差(Percentage of Capacitance Tolerance):百分比容差表示电解电容的实际容量与额定容量之间的允许误差范围。
容差越小,表示电解电容的稳定性和精度越高。
6. 工作温度范围(Operating Temperature Range):工作温度范围是指电解电容能够正常工作的温度范围。
根据实际应用环境选择工作温度范围合适的电解电容。
二、电解电容的选型方法1.根据使用场景选择电解电容的额定电压。
根据设计电路中最大工作电压,选择额定电压大于或等于该电压的电解电容。
2.根据需要的容量选择电解电容。
根据设计电路中对电容容量的需求,选择符合该要求的电解电容。
同时要考虑到电解电容的可靠性和寿命。
3.根据系统的功耗和工作温度选择电解电容的耐久时间。
根据系统的功耗和工作温度,选择耐久时间符合要求的电解电容。
经典开关电源电解电容设计与选用
输入整流滤波器及钳位保护电路的设计1 输入整流桥的选择1)整流桥的导通时间与选通特性50Hz交流电压经过全波整流后变成脉动直流电压u1,再通过输入滤波电容得到直流高压U1。
在理想情况下,整流桥的导通角本应为180°(导通范围是从0°~180°),但由于滤波电容器C的作用,仅在接近交流峰值电压处的很短时间内,才有输入电流流经过整流桥对C充电。
50Hz交流电的半周期为10ms,整流桥的导通时间tC≈3ms,其导通角仅为54°(导通范围是36°~90°)。
因此,整流桥实际通过的是窄脉冲电流。
桥式整流滤波电路的原理如图1(a)所示,整流滤波电压及整流电流的波形分别如图l(b)和(c)所示。
最后总结几点:(1)整流桥的上述特性可等效成对应于输入电压频率的占空比大约为30%。
(2)整流二极管的一次导通过程,可视为一个“选通脉冲”,其脉冲重复频率就等于交流电网的频率(50Hz)。
(3)为降低开关电源中500kHz以下的传导噪声,有时用两只普通硅整流管(例如1N4007)与两只快恢复二极管(如FR106)组成整流桥,FRl06的反向恢复时间trr≈250ns。
2)整流桥的参数选择隔离式开关电源一般采用由整流管构成的整流桥,亦可直接选用成品整流桥,完成桥式整流。
全波桥式整流器简称硅整流桥,它是将四只硅整流管接成桥路形式,再用塑料封装而成的半导体器件。
它具有体积小、使用方便、各整流管的参数一致性好等优点,可广泛用于开关电源的整流电路。
硅整流桥有4个引出端,其中交流输入端、直流输出端各两个。
硅整流桥的最大整流电流平均值分0.5~40A等多种规格,最高反向工作电压有50~1000V等多种规格。
小功率硅整流桥可直接焊在印刷板上,大、中功率硅整流桥则要用螺钉固定,并且需安装合适的散热器。
整流桥的主要参数有反向峰值电压URM(V),正向压降UF(V),平均整流电流Id(A),正向峰值浪涌电流IFSM(A),最大反向漏电流IR(μA)。
开关电源电容如何选取
本文主要是通过纹波电流的计算,然后通过电容的热等效模型来计算电容中心点的温度,在得到中心点温度后,也就是得到电容的工作点最高的问题后,通过电容的寿命估算公式来估算电容的设计寿命。
首先,电容等效成电容、电阻( ESR )和电感( ESL )的串联。
关于此请参考其他资料,接下来演示电容寿命计算步骤:1 、纹波电流计算,纹波电流计算是得到电容功率损耗的一个重要参数,在设计电容时候,我们必须首先确定下来电流的纹波大小,这和设计规格和具体拓扑结构相关。
铝电解电容常被用在整流模块后以平稳电压,我们在选择好具体拓扑结构后,根据规格要求得到最小的电容值:控制某一纹波电压所需的电容容值为:P: 负载功率(单位 W )注意:这是应用所需要的最小电容容值。
此外,电容容值有误差,在工作寿命期内,容值会逐步降低,随着温度降低,容值也会降低。
必须知道主线及负载侧的纹波电流数据。
可以首先计算出电容的充电时间。
f main是电网电流的频率。
电容的放电时间则为:充电电流的峰值为dU 是纹波电压( U max – U min)则充电电流有效值:接下来计算放电电流峰值和有效值。
最后计算得出:整流模块后纹波电流:这个有效值只是纹波电流的计算式,在复杂的市电输入的情况下,我们必须考虑各阶谐波的纹波有效值,也就是说要通过各阶谐波的有效值叠加,才是最后得到的电容纹波寿命计算的纹波,也就是需要将电流傅立叶分解。
2 、计算功率损耗在得到纹波电流后,我们可以计算各阶电流的纹波损耗,然后将各阶纹波求和:3 、计算电容中心点温度得到功率损耗后,我们由电容的热等效模型(参考其他资料)计算中心点温度:其中:Th 电容为电容中心点温度 , 为电容最高温度,其值直接影响到电容寿命,是电容寿命计算公式中的重要参数。
Rth 为电容的热阻,其值和风速等有关 ,Ta 表示电容表面温度。
P Loss 为纹波电流的中损耗。
4 、计算电容寿命得到电解电容中心点最高温度后,我们可以计算电容的寿命,各个电容生产厂商会有不同的电容寿命的计算参数,也有不同的电容寿命修正值,现我们介绍阿列纽斯理论来计算电容寿命,其公式是说,电容工作没下降 10 度,其寿命增加一倍,反过来也就是电容温度升高 10 度,电容寿命减小一倍:Lop 为电容工作寿命,即设计寿命Lo 为电容在最大温度时的寿命Tmax 为电容的最大工作温度,在电容的说明书上会有电容的最大温度值Th 为电容的实际工作时候的温度,也即以上计算出来的电容中心点温度。
开关电源电容电压怎么选择开关电源输出电容如何确定
开关电源电容电压怎么选择开关电源输出电容如何确定导读:开关电源是指利用现代电力电子技术来使开关的流通与闭合的时间点,从而维持电压的稳定、保持电流正常输出的一种电源器件。
开关电源的核心元件是脉冲宽度调制(PWM)控制IC和MOSFET。
人们常说的开关电源电容电压是什么,开关电源电容电压怎么选择,带着疑问跟随小编来学习开关电源电容电压怎么选择以及开关电源输出电容如何确定吧!请往下看。
开关电源电容开关电源电容电压怎么选择开关电源电容电压怎么选择,电容器在电源中最重要的应用是在存储能量、浪涌电压保护、EMI抑制和控制电路等方面。
我们可以了解到针对不同的应用领域,这些电介质技术彼此竞争或互为补充的关系。
开关电源电容电压怎么选择,储能型电容器通过整流器收集电荷,并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。
电压额定值为40~450VDC、电容值在220~150 000ΜF之间的铝电解电容器。
根据不同的电源要求,器件有时会采用串联、并联或其组合的形式,对于功率级超过10KW的电源,通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。
开关电源电容电压怎么选择,要选择合适的电容值,需查看其额定直流电压、允许的电压波纹和充/放电周期。
但是,在选择用于该应用的电解电容器时,应当考虑以下参数。
典型电源中的电容器波纹电流为各个频率上的波纹电流的组合。
波纹电流的RMS(均方根)值决定了电容器的温升。
开关电源电容电压怎么选择,常见的一个错误是通过把各个频率上的波纹电流的平方值相加来计算RMS电流负载。
实际上,必须考虑到随着波纹频率的增加,电容器的ESR下降。
正确的做法是根据波纹因子的频率图估算出高频(到100HZ)时的波纹电流。
采用估算的电流平方值来确定波纹电流。
这才是真实的电流负载。
由于环境温度决定着负载条件下的电容器寿命,因此,那些声誉卓著的制造商们均精确定义了波纹电流负载、环境温度与概率寿命之间的关系。
在实际工作条件下,利用波纹电流负载和环境温度来确定概率寿命,而将公布的概率寿命作为绝对值。
电路中如何合理选择电容器类型
电路中如何合理选择电容器类型在电子电路的设计与构建中,电容器是一种不可或缺的元件。
它就像是电路中的“小水库”,能够储存和释放电能,起到滤波、耦合、旁路、定时等重要作用。
然而,面对市场上琳琅满目的电容器类型,如何做出合理的选择并非易事。
这需要我们对不同类型电容器的特性有深入的了解,并结合具体的电路需求进行综合考虑。
首先,让我们来认识一下常见的电容器类型。
电解电容器是一种常见的选择,它具有较大的电容量,但通常精度较低,并且存在极性,安装时需要注意正负极的连接。
铝电解电容器价格相对较低,适用于电源滤波等对容量要求较大但对精度要求不高的场合;钽电解电容器则具有较好的稳定性和耐高温性能,常用于一些对性能要求较高的电路中。
陶瓷电容器是另一种广泛应用的类型。
它的体积小、高频特性好,适用于高频电路和对稳定性要求较高的场合。
不过,陶瓷电容器的容量一般较小。
其中,多层陶瓷电容器(MLCC)在现代电子设备中应用十分广泛。
薄膜电容器具有良好的稳定性和低损耗特性,常用于音响设备、电源等场合。
聚苯乙烯薄膜电容器具有很高的精度和稳定性,但价格相对较高;聚酯薄膜电容器则价格较为亲民,性能也能满足大多数一般应用的需求。
除了上述常见类型,还有超级电容器、云母电容器等。
超级电容器具有极大的电容量,但工作电压较低,常用于需要瞬间大电流放电的场合,如后备电源等;云母电容器具有极高的稳定性和精度,但由于成本较高,通常只在一些特殊的高精度电路中使用。
那么,在具体的电路中,我们应该如何选择合适的电容器类型呢?这需要从多个方面进行考虑。
首先是电容值的需求。
不同的电路功能对电容值的要求各不相同。
例如,在电源滤波电路中,通常需要较大的电容值来平滑电压波动,这时电解电容器可能是一个较好的选择。
而在高频耦合或旁路电路中,由于对高频特性的要求较高,可能需要选用陶瓷电容器或薄膜电容器,因为它们在高频下具有较低的阻抗。
工作电压是另一个关键因素。
电容器的额定工作电压必须高于电路中的实际工作电压,否则电容器可能会被击穿损坏。
高效率开关电源设计12-开关电源中的电解电容器的选择与应用
常规电解电容器存在的问题
低铝电解电容器的提出: 常规铝电解电容器的太高,以1000μ16V铝电解 电容器为例,其大约为0.25Ω,在50时的容抗为 3.18mΩ,远低于值,从滤除交流成分角度考虑, 电解电容器已经成为“电阻”,决定滤波效果将 不再是电容量而是!
针对上面问题,低铝电解电容器和钽电解电容器 问世。
到滤波电容器上,因此,滤波电容器上的 峰值电压将不只是上述的2.59V、3.60V、 4.50V。
电压波形如图
第二极低通滤波器的设计与参数选 择
第二级需要考虑的是如何将不能满足要求 纹波电压经过滤波使其满足要求。通常滤 波电感可以选择30~100μH,输出滤波电容 器不仅要考虑输出纹波电压是否可以满足 要求,还要考虑抑制负载电流的变化,在 这里可以选择1000μ25V 。
应用铝电解电容器必须考虑的问题
铝电解电容器的失效
一、铝电解电容器失效的最主要 原因
电解液干涸!
1、电解液干涸的原因
电解液自然挥发 电解液的消耗
电解液自然挥发
电解液的挥发速度随温度的升高 电解液的挥发速度与电容器的密封质量有 关,无论在高温还是在低温条件下都要有 良好的密封性
电解液的消耗
漏电流所引起的电化学效应消耗电解液 铝电解电容器的寿命随漏电流增加而减少 漏电流随温度的升高而增加: 25℃时漏电 流仅仅是85℃时漏电流的不到十分之一 漏电流随施加电压升高而增加:耐压为 400V的铝电解电容器在额定电压下的漏电 流大约是90%额定电压下的漏电流的5倍。
五、铝电解电容器的失效
铝电解电容器的时效可分为正常失效和早期失效。 正规铝电解电容器厂商出品的铝电解电容器可以 不考虑早期失效,在正常应用条件下,一般可以 全寿命使用。 如果用户使用不当还是会出现早期失效的问题。 随着用户对铝电解电容器性能指标越来越高的追 求越来越高,新型铝电解电容器的早期失效问题 开始显现出来。
重点谈谈开关电源对电解电容器性能的六大要求
谈谈开关电源对电解电容器性能的六大要求我们都知道,电解电容器是开关电源中一次和二次回路滤波电路中最重要的器件之一。
通常,电解电容器的等效电路可以认为是理想电容器与寄生电感、等效串联电阻的串联,如图1所示。
图1 电解电容器的等效电路众所周知,开关电源是当今信息家电设备的主要电源,为电子设备小型轻便化作出不可磨灭的贡献。
开关电源不断的小型化、轻量化和高效率,在电子设备中使用量越来越大,普及率越来越高。
相应的就要求电解电容器小型大容量化,耐纹波电流,高频低阻抗化,高温度长寿命化和更适应高密度组装。
大容积、小体积由于电解电容器多数采用卷绕结构,很容易扩大体积,因此单位体积电容量非常大,比其它电容大几倍到几十倍。
但是大电容量的获取是以体积的扩大为代价的,现代开关电源要求越来越高的效率,越来越小的体积,因此,有必要寻求新的解决办法,来获得大电容量、小体积的电容器。
在开关电源的原边一旦采用有源滤波器电路,则铝电解电容器的使用环境变得比以前更为严酷:(1)高频脉冲电流主要是20 kHz~100kHz的脉动电流,而且大幅度增加;(2)变换器的主开关管发热,导致铝电解电容器的周围温度升高;(3)变换器多采用升压电路,因此要求耐高压的铝电解电容器。
这样一来,利用以往技术制造的铝电解电容器,由于要吸收比以往更大的脉动电流,不得不选择大尺寸的电容器。
结果,使电源的体积庞大,难以用于小型化的电子设备。
为了解决这些难题,必须研究与开发一种新型的电解电容器,体积小、耐高压,并且允许流过大量高频脉冲电流。
另外,这种电解电容器,在高温环境下工作,工作寿命还须比较长。
高温、长寿命化在开关电源设计过程中,不可避免地要挑选适用的电容。
就100μF以上的中、大容量产品来说,因为铝电解电容的价格便宜,所以,迄今使用的最为广泛。
但是, 最近几年却发生了显著变化,避免使用铝电解电容的情况正在增加。
出现这种变化的一个原因是,铝电解电容的寿命往往会成为整个设备的薄弱环节。
电源用电容器的选择
电源用电容器的选择电容器是实现电源的宽范围电压和电流组合的最关键的无源元件之一.尽管每种电容器都能储存电能,但对于特定的应用来说,电介质技术在电容器的选择中起着重要的作用. 电容器在电源中最重要的应用是在存储能量、浪涌电压保护、EMI抑制和控制电路等方面.对不同的应用领域,这些电介质技术彼此竞争或互为补充的关系.(1)储能储能型电容器通过整流器收集电荷,并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端.电压额定值为40~450VDC、电容值在220~150 000ΜF之间的铝电解电容器(如EPCOS公司的B43504或B43505)是较为常用的.根据不同的电源要求,器件有时会采用串联、并联或其组合的形式, 对于功率级超过10KW的电源,通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器.要选择合适的电容值,需查看其额定直流电压、允许的电压波纹和充/放电周期.但是,在选择用于该应用的电解电容器时,应当考虑以下参数.典型电源中的电容器波纹电流为各个频率上的波纹电流的组合.波纹电流的RMS(均方根)值决定了电容器的温升.常见的一个错误是通过把各个频率上的波纹电流的平方值相加来计算RMS电流负载.实际上,必须考虑到随着波纹频率的增加,电容器的ESR下降.正确的做法是根据波纹因子的频率图估算出高频(到100Hz)时的波纹电流.采用估算的电流平方值来确定波纹电流.这才是真实的电流负载.由于环境温度决定着负载条件下的电容器寿命,因此,那些声誉卓著的制造商们均精确定义了波纹电流负载、环境温度与概率寿命之间的关系.在实际工作条件下,利用波纹电流负载和环境温度来确定概率寿命,而将公布的概率寿命作为绝对值.(2)浪涌电压保护开关频率很高的现代功率半导体器件易受潜在的损害性电压尖峰脉冲的影响.跨接在功率半导体器件两端的浪涌电压保护电容器(如EPCOS B32620-J或B32651..56)通过吸收电压脉冲限制了峰值电压,从而对半导体器件起到了保护作用,使得浪涌电压保护电容器成为功率元件库中的重要一员.半导体器件的额定电压和电流值及其开关频率左右着浪涌电压保护电容器的选择.由于这些电容器承受着很陡的dV/dt 值,因此,对于这种应用而言,薄膜电容器是恰当之选.在额定电压值高达2000VDC的条件下,典型的电容额定值在470pF~47nF之间.对于大功率的半导体器件,例如IGBT,电容值可高达2.2mF,电压在1200VDC的范围内.不能仅根据电容值/电压值来选择电容器.在选择浪涌电压保护电容器时,还应考虑所需的dV/dt 值.耗散因子决定着电容器内部的功率耗散.因此,应选择一个具有较低损耗因子的电容器作为替换.(3)EMI/RFI抑制这些电容器连接在电源的输入端,以减轻由半导体所产生的电磁或无线电干扰.由于直接与主输入线相连,这些电容器易遭受到破坏性的过压和瞬态电压.因此,世界上各个地区都推出了不同的安全标准,包括欧洲的EN132 400,美国的UL1414和1283以及加拿大的CSA C22.2 NO.0,1和8.采用塑膜技术的X-级和Y-级电容器(如EPCOS B3292X/B81122)提供了最为廉价的抑制方法之一.抑制电容器的阻抗随着频率的增加而减小,允许高频电流通过电容器.X电容器在线路之间对此电流提供“短路”,Y电容器则在线路与接地设备之间对此电流提供“短路”. 根据所能承受的浪涌电压的峰值,对X和Y电容器还有更细的分类.例如:一个电容值高达1mF的X2电容器的额定峰值浪涌电压为2.5KV,而电容值相近的X1电容器,其额定峰值浪涌电压则为4KV.应根据负载断电期间的峰值电压来选择合适的干扰抑制电容器的级别.(4)控制和逻辑电路各类电容器均被应用于电源控制电路中,除非是在恶劣的环境条件下,否则这些电容器都是具有低电压和低损耗的通用型元件.在恶劣的环境下使用的电源,通常选用高温元件.工业或专业用电源,可选择低ESR元件,如EPCOS B45294系列,在要求较高的总体可靠性时,是不错的选择.为了对装配的自动化、外型尺寸的压缩、装配成本的下降以及由此带来的生产率的提高等加以利用,大多数设计师试图沿用控制电路中所采用的SMD电容器技术.但是,选用混合技术以充分利用某些引线元件所具有的低得多的成本这一优势的工程师也不在少数.电容器是电子设备中常用的电子元件,下面对几种常用电容器的结构和特点作以简要介绍,以供大家参考.(1).铝电解电容器:它是由铝圆筒做负极、里面装有液体电解质,插入一片弯曲的铝带做正极制成.还需经直流电压处理,做正极的片上形成一层氧化膜做介质.其特点是容量大,但是漏电大、稳定性差、有正负极性,适于电源滤波或低频电路中,使用时,正、负极不要接反.(2).钽铌电解电容器:它用金属钽或者铌做正极,用稀硫酸等配液做负极,用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成.其特点是:体积小、容量大、性能稳定、寿命长.绝缘电阻大.温度性能好,用在要求较高的设备中.(3).陶瓷电容器:用陶瓷做介质.在陶瓷基体两面喷涂银层,然后烧成银质薄膜作极板制成.其特点是:体积小、耐热性好、损耗小、绝缘电阻高,但容量小,适用于高频电路.铁电陶瓷电容容量较大,但损耗和温度系数较大,适用于低频电路.(4).云母电容器:用金属箔或在云母片上喷涂银层做电极板,极板和云母一层一层叠合后,再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成.其特点是:介质损耗小、绝缘电阻大.温度系数小,适用于高频电路.(5).薄膜电容器:结构相同于纸介电容器,介质是涤纶或聚苯乙烯.涤纶薄膜电容,介质常数较高,体积小容量大、稳定性较好,适宜做旁路电容.聚苯乙烯薄膜电容器,介质损耗小、绝缘电阻高但温度系数大,可用于高频电路.(6).纸介电容器:用两片金属箔做电极,夹在极薄的电容纸中,卷成圆柱形或者扁柱形芯子,然后密封在金属壳或者绝缘材料壳中制成.它的特点是体积较小,容量可以做得较大.但是固有电感和损耗比较大,适用于低频电路.(7). 金属化纸介电容器:结构基本相同于纸介电容器,它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代金属箔,体积小容值较大,一般用于低频电路.(8). 油浸纸介电容器:它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里,能增强其耐压.其特点是电容量大、耐压高但体积较大.此外,在实际应用中,第一要根据不同的用途选择不同类型的电容器;第二要考虑到电容器的标称容量,允许误差、耐压值、漏电电阻等技术参数;第三对于有正、负极性的电解电容器来说,正、负极在焊接时不要接反.。
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在开关电源中如何对电解电容器做出正确的选择
电解电容种类的了解
电解电容器种类繁多,因此我们首先要对电容种类有个大概的了解,这样的话在选择电解电容的时候会有助于我们对电容种类的快速筛选。
电解电容分为直插导针型电解电容器,牛角电解电容还有贴片电解电容器等。
电容关键参数的认识和了解
我们必须要了解电容的内在关键参数,才能快速的选型,所有的电解电容的关键参数都是一样的,包括容值、耐压值、误差,电解电容温度系数,电容的ESR等
开关电源中电容的选型还要了解使用环境
电解电容的使用环境还分电路内部环境和电路外部环境,电路内部环境包括频率、电压值、电流值、电容在电路中的主要作用等;根据电路频率可以确定电容种类;根据电压值可以确定选型电容的耐压值;在电路中的主要作用可以用来参考选型电容的容值等;根据电路外部使用环境对电容进行选型,产品工作的环境温度,安规要求等,都可以用来缩小电容选择范围。
滤波电路电容选择,根据电路中电容两端电压确定耐压值,如输出电压12V,就不能选择10V或是6.3v耐压值的电容,电路中最大电流可以用来确定容值,电流大需要得到更小纹波,就要选择大容量的电容。
汽车级电源使用电容选型举例
汽车级电源电容选型就涉及到使用环境对电容的筛选,汽车级电源工作环境温度较一般的工业级电源要求高,工作温度要求达到125℃,所以电容选型是要选择温度特性好、耐高温、安规性能好的电容。
电解电容的选用技巧无非就是了解常用的几种电容特性以及电容在电路中的应用环境、产品使用环境特性。
除此之外我们在选择电解电容器的时候还要关心他的品质和价格,在国内用的比较好的电容有CAPXON/丰宾、万裕、艾华、江海、KFSON/康富松等可供参考。