電源用電容器的選擇
發布時間:2009-09-04 來源:機電商情網
中心議題:
電容器在電源中最重要的應用是在存儲能量、浪湧電壓保護、EMI抑製和控製電路等方麵。
儲能
儲能型電容器通過整流器收集電荷,並將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。電壓額定值為40~450VDC、電容值在220~150000ΜF之間的鋁電解電容器(如EPCOS公司的B43504或B43505)是較為常用的。根據不同的電源要求,器件有時會采用串聯、並聯或其組合的形式,對於功率級超過10KW的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。
要選擇合適的電容值,需查看其額定直流電壓、允許的電壓波紋和充/放fang電dian周zhou期qi。但dan是shi,在zai選xuan擇ze用yong於yu該gai應ying用yong的de電dian解jie電dian容rong器qi時shi,應ying當dang考kao慮lv以yi下xia參can數shu。典dian型xing電dian源yuan中zhong的de電dian容rong器qi波bo紋wen電dian流liu為wei各ge個ge頻pin率lv上shang的de波bo紋wen電dian流liu的de組zu合he。波bo紋wen電dian流liu的deRMS(均方根)值決定了電容器的溫升。
常見的一個錯誤是通過把各個頻率上的波紋電流的平方值相加來計算RMS電流負載。實際上,必須考慮到隨著波紋頻率的增加,電容器的ESR下降。正確的做法是根據波紋因子的頻率圖估算出高頻(到100HZ)時(shi)的(de)波(bo)紋(wen)電(dian)流(liu)。采(cai)用(yong)估(gu)算(suan)的(de)電(dian)流(liu)平(ping)方(fang)值(zhi)來(lai)確(que)定(ding)波(bo)紋(wen)電(dian)流(liu)。這(zhe)才(cai)是(shi)真(zhen)實(shi)的(de)電(dian)流(liu)負(fu)載(zai)。由(you)於(yu)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)決(jue)定(ding)著(zhe)負(fu)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)壽(shou)命(ming),因(yin)此(ci),那(na)些(xie)聲(sheng)譽(yu)卓(zhuo)著(zhu)的(de)製(zhi)造(zao)商(shang)們(men)均(jun)精(jing)確(que)定(ding)義(yi)了(le)波(bo)紋(wen)電(dian)流(liu)負(fu)載(zai)、環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)與(yu)概(gai)率(lv)壽(shou)命(ming)之(zhi)間(jian)的(de)關(guan)係(xi)。在(zai)實(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)下(xia),利(li)用(yong)波(bo)紋(wen)電(dian)流(liu)負(fu)載(zai)和(he)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)來(lai)確(que)定(ding)概(gai)率(lv)壽(shou)命(ming),而(er)將(jiang)公(gong)布(bu)的(de)概(gai)率(lv)壽(shou)命(ming)作(zuo)為(wei)絕(jue)對(dui)值(zhi)。
浪湧電壓保護
開關頻率很高的現代功率半導體器件易受潛在的損害性電壓尖峰脈衝的影響。跨接在功率半導體器件兩端的浪湧電壓保護電容器(如EPCOSB32620-J或B32651..56)通過吸收電壓脈衝限製了峰值電壓,從而對半導體器件起到了保護作用,使得浪湧電壓保護電容器成為功率元件庫中的重要一員。
半導體器件的額定電壓和電流值及其開關頻率左右著浪湧電壓保護電容器的選擇。由於這些電容器承受著很陡的DV/DT值,因此,對於這種應用而言,薄膜電容器是恰當之選。
在額定電壓值高達2000VDC的條件下,典型的電容額定值在470PF~47NF之間。對於大功率的半導體器件,如IGBT,電容值可高達2.2ΜF,電壓在1200VDC的範圍內。不能僅根據電容值/電壓值來選擇電容器。在選擇浪湧電壓保護電容器時,還應考慮所需的DV/DT值。
耗散因子決定著電容器內部的功率耗散。因此,應選擇一個具有較低損耗因子的電容器作為替換。
EMI/RFI抑製
這(zhe)些(xie)電(dian)容(rong)器(qi)連(lian)接(jie)在(zai)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)入(ru)端(duan),以(yi)減(jian)輕(qing)由(you)半(ban)導(dao)體(ti)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)磁(ci)或(huo)無(wu)線(xian)電(dian)幹(gan)擾(rao)。由(you)於(yu)直(zhi)接(jie)與(yu)主(zhu)輸(shu)入(ru)線(xian)相(xiang)連(lian),這(zhe)些(xie)電(dian)容(rong)器(qi)易(yi)遭(zao)受(shou)到(dao)破(po)壞(huai)性(xing)的(de)過(guo)壓(ya)和(he)瞬(shun)態(tai)電(dian)壓(ya)。因(yin)此(ci),世(shi)界(jie)上(shang)各(ge)個(ge)地(di)區(qu)都(dou)推(tui)出(chu)了(le)不(bu)同(tong)的(de)安(an)全(quan)標(biao)準(zhun),包(bao)括(kuo)歐(ou)洲(zhou)的(de)EN132400,美國的UL1414和1283以及加拿大的CSAC22.2NO.0,1和8。
采用塑膜技術的X-級和Y-級電容器(如EPCOSB3292X/B81122)提供了最為廉價的抑製方法之一。抑製電容器的阻抗隨著頻率的增加而減小,允許高頻電流通過電容器。X電容器在線路之間對此電流提供“短路”,Y電容器則在線路與接地設備之間對此電流提供“短路”。
根據所能承受的浪湧電壓的峰值,對X和Y電容器還有更細的分類。例如:一個電容值高達1ΜF的X2電容器的額定峰值浪湧電壓為2.5KV,而電容值相近的X1電容器,其額定峰值浪湧電壓則為4KV。應根據負載斷電期間的峰值電壓來選擇合適的幹擾抑製電容器的級別。
控製和邏輯電路
各(ge)類(lei)電(dian)容(rong)器(qi)均(jun)被(bei)應(ying)用(yong)於(yu)電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)中(zhong),除(chu)非(fei)是(shi)在(zai)惡(e)劣(lie)的(de)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)下(xia),否(fou)則(ze)這(zhe)些(xie)電(dian)容(rong)器(qi)都(dou)是(shi)具(ju)有(you)低(di)電(dian)壓(ya)和(he)低(di)損(sun)耗(hao)的(de)通(tong)用(yong)型(xing)元(yuan)件(jian)。在(zai)惡(e)劣(lie)的(de)環(huan)境(jing)下(xia)使(shi)用(yong)的(de)電(dian)源(yuan),通(tong)常(chang)選(xuan)用(yong)高(gao)溫(wen)元(yuan)件(jian)。工(gong)業(ye)或(huo)專(zhuan)業(ye)用(yong)電(dian)源(yuan),可(ke)選(xuan)擇(ze)低(di)ESR元件,如EPCOSB45294係列,在要求較高的總體可靠性時,是不錯的選擇。
為了對裝配的自動化、外型尺寸的壓縮、裝配成本的下降以及由此帶來的生產率的提高等加以利用,大多數設計師試圖沿用控製電路中所采用的SMD電容器技術。但是,選用混合技術以充分利用某些引線元件所具有的低得多的成本這一優勢的工程師也不在少數。
- 電容器在電源中存儲能量
- 電容器浪湧電壓保護功能
- EMI抑製和控製電路作用
- 采用估算的電流平方值來確定波紋電流
- 通過吸收電壓脈衝限製了峰值電壓來保護半導體
- 根據負載的峰值電壓來選擇幹擾抑製電容器的級別
電容器在電源中最重要的應用是在存儲能量、浪湧電壓保護、EMI抑製和控製電路等方麵。
儲能
儲能型電容器通過整流器收集電荷,並將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。電壓額定值為40~450VDC、電容值在220~150000ΜF之間的鋁電解電容器(如EPCOS公司的B43504或B43505)是較為常用的。根據不同的電源要求,器件有時會采用串聯、並聯或其組合的形式,對於功率級超過10KW的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。
要選擇合適的電容值,需查看其額定直流電壓、允許的電壓波紋和充/放fang電dian周zhou期qi。但dan是shi,在zai選xuan擇ze用yong於yu該gai應ying用yong的de電dian解jie電dian容rong器qi時shi,應ying當dang考kao慮lv以yi下xia參can數shu。典dian型xing電dian源yuan中zhong的de電dian容rong器qi波bo紋wen電dian流liu為wei各ge個ge頻pin率lv上shang的de波bo紋wen電dian流liu的de組zu合he。波bo紋wen電dian流liu的deRMS(均方根)值決定了電容器的溫升。
常見的一個錯誤是通過把各個頻率上的波紋電流的平方值相加來計算RMS電流負載。實際上,必須考慮到隨著波紋頻率的增加,電容器的ESR下降。正確的做法是根據波紋因子的頻率圖估算出高頻(到100HZ)時(shi)的(de)波(bo)紋(wen)電(dian)流(liu)。采(cai)用(yong)估(gu)算(suan)的(de)電(dian)流(liu)平(ping)方(fang)值(zhi)來(lai)確(que)定(ding)波(bo)紋(wen)電(dian)流(liu)。這(zhe)才(cai)是(shi)真(zhen)實(shi)的(de)電(dian)流(liu)負(fu)載(zai)。由(you)於(yu)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)決(jue)定(ding)著(zhe)負(fu)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)壽(shou)命(ming),因(yin)此(ci),那(na)些(xie)聲(sheng)譽(yu)卓(zhuo)著(zhu)的(de)製(zhi)造(zao)商(shang)們(men)均(jun)精(jing)確(que)定(ding)義(yi)了(le)波(bo)紋(wen)電(dian)流(liu)負(fu)載(zai)、環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)與(yu)概(gai)率(lv)壽(shou)命(ming)之(zhi)間(jian)的(de)關(guan)係(xi)。在(zai)實(shi)際(ji)工(gong)作(zuo)條(tiao)件(jian)下(xia),利(li)用(yong)波(bo)紋(wen)電(dian)流(liu)負(fu)載(zai)和(he)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)來(lai)確(que)定(ding)概(gai)率(lv)壽(shou)命(ming),而(er)將(jiang)公(gong)布(bu)的(de)概(gai)率(lv)壽(shou)命(ming)作(zuo)為(wei)絕(jue)對(dui)值(zhi)。
浪湧電壓保護
開關頻率很高的現代功率半導體器件易受潛在的損害性電壓尖峰脈衝的影響。跨接在功率半導體器件兩端的浪湧電壓保護電容器(如EPCOSB32620-J或B32651..56)通過吸收電壓脈衝限製了峰值電壓,從而對半導體器件起到了保護作用,使得浪湧電壓保護電容器成為功率元件庫中的重要一員。
半導體器件的額定電壓和電流值及其開關頻率左右著浪湧電壓保護電容器的選擇。由於這些電容器承受著很陡的DV/DT值,因此,對於這種應用而言,薄膜電容器是恰當之選。
在額定電壓值高達2000VDC的條件下,典型的電容額定值在470PF~47NF之間。對於大功率的半導體器件,如IGBT,電容值可高達2.2ΜF,電壓在1200VDC的範圍內。不能僅根據電容值/電壓值來選擇電容器。在選擇浪湧電壓保護電容器時,還應考慮所需的DV/DT值。
耗散因子決定著電容器內部的功率耗散。因此,應選擇一個具有較低損耗因子的電容器作為替換。
EMI/RFI抑製
這(zhe)些(xie)電(dian)容(rong)器(qi)連(lian)接(jie)在(zai)電(dian)源(yuan)的(de)輸(shu)入(ru)端(duan),以(yi)減(jian)輕(qing)由(you)半(ban)導(dao)體(ti)所(suo)產(chan)生(sheng)的(de)電(dian)磁(ci)或(huo)無(wu)線(xian)電(dian)幹(gan)擾(rao)。由(you)於(yu)直(zhi)接(jie)與(yu)主(zhu)輸(shu)入(ru)線(xian)相(xiang)連(lian),這(zhe)些(xie)電(dian)容(rong)器(qi)易(yi)遭(zao)受(shou)到(dao)破(po)壞(huai)性(xing)的(de)過(guo)壓(ya)和(he)瞬(shun)態(tai)電(dian)壓(ya)。因(yin)此(ci),世(shi)界(jie)上(shang)各(ge)個(ge)地(di)區(qu)都(dou)推(tui)出(chu)了(le)不(bu)同(tong)的(de)安(an)全(quan)標(biao)準(zhun),包(bao)括(kuo)歐(ou)洲(zhou)的(de)EN132400,美國的UL1414和1283以及加拿大的CSAC22.2NO.0,1和8。
采用塑膜技術的X-級和Y-級電容器(如EPCOSB3292X/B81122)提供了最為廉價的抑製方法之一。抑製電容器的阻抗隨著頻率的增加而減小,允許高頻電流通過電容器。X電容器在線路之間對此電流提供“短路”,Y電容器則在線路與接地設備之間對此電流提供“短路”。
根據所能承受的浪湧電壓的峰值,對X和Y電容器還有更細的分類。例如:一個電容值高達1ΜF的X2電容器的額定峰值浪湧電壓為2.5KV,而電容值相近的X1電容器,其額定峰值浪湧電壓則為4KV。應根據負載斷電期間的峰值電壓來選擇合適的幹擾抑製電容器的級別。
控製和邏輯電路
各(ge)類(lei)電(dian)容(rong)器(qi)均(jun)被(bei)應(ying)用(yong)於(yu)電(dian)源(yuan)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)中(zhong),除(chu)非(fei)是(shi)在(zai)惡(e)劣(lie)的(de)環(huan)境(jing)條(tiao)件(jian)下(xia),否(fou)則(ze)這(zhe)些(xie)電(dian)容(rong)器(qi)都(dou)是(shi)具(ju)有(you)低(di)電(dian)壓(ya)和(he)低(di)損(sun)耗(hao)的(de)通(tong)用(yong)型(xing)元(yuan)件(jian)。在(zai)惡(e)劣(lie)的(de)環(huan)境(jing)下(xia)使(shi)用(yong)的(de)電(dian)源(yuan),通(tong)常(chang)選(xuan)用(yong)高(gao)溫(wen)元(yuan)件(jian)。工(gong)業(ye)或(huo)專(zhuan)業(ye)用(yong)電(dian)源(yuan),可(ke)選(xuan)擇(ze)低(di)ESR元件,如EPCOSB45294係列,在要求較高的總體可靠性時,是不錯的選擇。
為了對裝配的自動化、外型尺寸的壓縮、裝配成本的下降以及由此帶來的生產率的提高等加以利用,大多數設計師試圖沿用控製電路中所采用的SMD電容器技術。但是,選用混合技術以充分利用某些引線元件所具有的低得多的成本這一優勢的工程師也不在少數。
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