詳解電容在電源中所起到的作用
發布時間:2012-04-01
中心議題:
- 電容在電源中所起到的作用
- 電容在使用中的注意事項
- 爆漿的種類及原因
作為無源元件之一的電容,其作用不外乎以下幾種:
1、應用於電源電路,實現旁路、去藕、濾波和儲能方麵電容的作用,下麵分類詳述之:
1)濾波
濾波是電容的作用中很重要的一部分。幾乎所有的電源電路中都會用到。從理論上(即假設電容為純電容)說,電容越大,阻抗越小,通過的頻率也越高。但實際上超過1uF的de電dian容rong大da多duo為wei電dian解jie電dian容rong,有you很hen大da的de電dian感gan成cheng份fen,所suo以yi頻pin率lv高gao後hou反fan而er阻zu抗kang會hui增zeng大da。有you時shi會hui看kan到dao有you一yi個ge電dian容rong量liang較jiao大da電dian解jie電dian容rong並bing聯lian了le一yi個ge小xiao電dian容rong,這zhe時shi大da電dian容rong通tong低di頻pin,小xiao電dian容rong通tong高gao頻pin。電dian容rong的de作zuo用yong就jiu是shi通tong高gao阻zu低di,通tong高gao頻pin阻zu低di頻pin。電dian容rong越yue大da低di頻pin越yue容rong易yi通tong過guo,電dian容rong越yue大da高gao頻pin越yue容rong易yi通tong過guo。具ju體ti用yong在zai濾lv波bo中zhong,大電容(1000uF)濾低頻,小電容(20pF)濾高頻。
曾有網友將濾波電容 比作“水塘”。youyudianrongdeliangduandianyabuhuitubian,youcikezhi,xinhaopinlvyuegaozeshuaijianyueda,kehenxingxiangdeshuodianrongxianggeshuitang,buhuiyinjidishuidejiaruhuozhengfaeryinqishuiliangdebianhua。 它把電壓的變動轉化為電流的變化,頻率越高,峰值電流就越大,從而緩衝了電壓。濾波就是充電,放電的過程。
2)旁路
pangludianrongshiweibendiqijiantigongnengliangdechunengqijian,tanengshiwenyaqideshuchujunyunhua,jiangdifuzaixuqiu。jiuxiangxiaoxingkechongdiandianchiyiyang,pangludianrongnenggoubeichongdian,bingxiangqijianjinxingfang 電(dian)。為(wei)盡(jin)量(liang)減(jian)少(shao)阻(zu)抗(kang),旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)要(yao)盡(jin)量(liang)靠(kao)近(jin)負(fu)載(zai)器(qi)件(jian)的(de)供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)管(guan)腳(jiao)和(he)地(di)管(guan)腳(jiao)。這(zhe)能(neng)夠(gou)很(hen)好(hao)地(di)防(fang)止(zhi)輸(shu)入(ru)值(zhi)過(guo)大(da)而(er)導(dao)致(zhi)的(de)地(di)電(dian)位(wei)抬(tai)高(gao)和(he)噪(zao)聲(sheng)。地(di)彈(dan)是(shi)地(di)連(lian)接(jie)處(chu)在(zai)通(tong)過(guo)大(da) 電流毛刺時的電壓降。
3)去藕
去藕,又稱解藕。從電路來說,總是可以區分為驅動的源和被驅動的負載。如果負載電容比較大,驅動電路要把電容充電、放電,才能完成信號的跳變,在上 升沿比較陡峭的時候,電流比較大,這樣驅動的電流就會吸收很大的電源電流,由於電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會產生反彈),這種電流相對 於(yu)正(zheng)常(chang)情(qing)況(kuang)來(lai)說(shuo)實(shi)際(ji)上(shang)就(jiu)是(shi)一(yi)種(zhong)噪(zao)聲(sheng),會(hui)影(ying)響(xiang)前(qian)級(ji)的(de)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。這(zhe)就(jiu)是(shi)耦(ou)合(he)。去(qu)藕(ou)電(dian)容(rong)就(jiu)是(shi)起(qi)到(dao)一(yi)個(ge)電(dian)池(chi)的(de)作(zuo)用(yong),滿(man)足(zu)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)電(dian)流(liu)的(de)變(bian)化(hua),避(bi)免(mian)相(xiang)互(hu)間(jian)的(de)耦(ou)合(he)幹(gan)擾(rao)。將(jiang)旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)和(he)去(qu)藕(ou)電(dian)容(rong)結(jie)合(he)起(qi)來(lai)將(jiang)更(geng)容(rong)易(yi)理(li)解(jie)。旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)實(shi)際(ji)也(ye)是(shi)去(qu)藕(ou)合(he)的(de),隻(zhi)是(shi)旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)一(yi)般(ban)是(shi)指(zhi)高(gao)頻(pin)旁(pang)路(lu),也(ye)就(jiu)是(shi)給(gei)高(gao)頻(pin)的(de)開(kai)關(guan)噪(zao)聲(sheng)提(ti)高(gao)一(yi)條(tiao)低(di)阻(zu)抗(kang)泄(xie)防(fang) 途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據諧振頻率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合電容一般比較大,是10uF或者更大,依據電路中分布參數,以及驅動 電(dian)流(liu)的(de)變(bian)化(hua)大(da)小(xiao)來(lai)確(que)定(ding)。旁(pang)路(lu)是(shi)把(ba)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)中(zhong)的(de)幹(gan)擾(rao)作(zuo)為(wei)濾(lv)除(chu)對(dui)象(xiang),而(er)去(qu)耦(ou)是(shi)把(ba)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)的(de)幹(gan)擾(rao)作(zuo)為(wei)濾(lv)除(chu)對(dui)象(xiang),防(fang)止(zhi)幹(gan)擾(rao)信(xin)號(hao)返(fan)回(hui)電(dian)源(yuan)。這(zhe)應(ying)該(gai)是(shi)他(ta)們(men)的(de)本(ben)質(zhi)區(qu)別(bie)。
4)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220~150 000uF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。
2、應用於信號電路,主要完成耦合、振蕩/同步及時間常數的作用:
1)耦合
舉ju個ge例li子zi來lai講jiang,晶jing體ti管guan放fang大da器qi發fa射she極ji有you一yi個ge自zi給gei偏pian壓ya電dian阻zu,它ta同tong時shi又you使shi信xin號hao產chan生sheng壓ya降jiang反fan饋kui到dao輸shu入ru端duan形xing成cheng了le輸shu入ru輸shu出chu信xin號hao耦ou合he,這zhe個ge電dian阻zu就jiu是shi產chan生sheng了le耦ou合he的de元yuan件jian,如ru果guo在zai這zhe個ge電dian阻zu兩liang端duan並bing聯lian一yi個ge電dian容rong,由you於yu適shi當dang容rong量liang的de電dian容rong器qi對dui交jiao流liu信xin號hao較jiao小xiao的de阻zu抗kang,這樣就減小了電阻產生的耦合效應,故稱此電容為去耦電容。
2)振蕩/同步
包括RC、LC振蕩器及晶體的負載電容都屬於這一範疇。
3)時間常數
這就是常見的 R、C 串聯構成的積分電路。當輸入信號電壓加在輸入端時,電容(C)上的電壓逐漸上升。而其充電電流則隨著電壓的上升而減小。電流通過電阻(R)、電容(C)的特性通過下麵的公式描述:
i = (V/R)e-(t/CR)
我們知道了電容的作用以後下麵來談談電容在使用中的注意事項
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A. 什麼是好電容。
1.電容容量越大越好。
很多人在電容的替換中往往愛用大容量的電容。我們知道雖然電容越大,為ICtigongdedianliubuchangdenengliyueqiang。qiebushuodianrongrongliangdezengdadailaidetijibianda,zengjiachengbendetongshihaiyingxiangkongqiliudonghesanre。guanjianzaiyudianrongshangcunzaijishengdiangan,dianrongfangdianhuiluhuizaimougepindianshangfashengxiezhen。zaixiezhendian,dianrongdezukangxiao。yincifangdianhuiludezukangzuixiao,buchongnengliangdexiaoguoyezuihao。dandangpinlvchaoguoxiezhendianshi,fangdianhuiludezukangkaishizengjia,dianrongtigongdianliunenglibiankaishixiajiang。dianrongderongzhiyueda,xiezhenpinlvyuedi,dianrongnengyouxiaobuchangdianliudepinlvfanweiyeyuexiao。congbaozhengdianrongtigonggaopindianliudenenglidejiaodulaishuo,dianrongyuedayuehaodeguandianshicuowude,yibandedianlushejizhongdouyouyigecankaozhide。
2.同樣容量的電容,並聯越多的小電容越好
耐壓值、耐溫值、容值、ESR(等效電阻)等是電容的幾個重要參數,對於ESR自然是越低越好。ESR與電容的容量、頻率、電壓、溫度等都有關係。當電壓固定時候,容量越大,ESR越低。在板卡設計中采用多個小電容並連多是出與PCB空間的限製,這樣有的人就認為,越多的並聯小電阻,ESR越低,效果越好。理論上是如此,但是要考慮到電容接腳焊點的阻抗,采用多個小電容並聯,效果並不一定突出。
3.ESR越低,效果越好。
結合我們上麵的提高的供電電路來說,對於輸入電容來說,輸入電容的容量要大一點。相對容量的要求,對ESR的要求可以適當的降低。因為輸入電容主要是耐壓,其次是吸收MOSFET的開關脈衝。對於輸出電容來說,耐壓的要求和容量可以適當的降低一點。ESR的要求則高一點,因為這裏要保證的是足夠的電流通過量。但這裏要注意的是ESR並不是越低越好,低ESR電(dian)容(rong)會(hui)引(yin)起(qi)開(kai)關(guan)電(dian)路(lu)振(zhen)蕩(dang)。而(er)消(xiao)振(zhen)電(dian)路(lu)複(fu)雜(za)同(tong)時(shi)會(hui)導(dao)致(zhi)成(cheng)本(ben)的(de)增(zeng)加(jia)。板(ban)卡(ka)設(she)計(ji)中(zhong),這(zhe)裏(li)一(yi)般(ban)有(you)一(yi)個(ge)參(can)考(kao)值(zhi),此(ci)作(zuo)為(wei)元(yuan)件(jian)選(xuan)用(yong)參(can)數(shu),避(bi)免(mian)消(xiao)振(zhen)電(dian)路(lu)而(er)導(dao)致(zhi)成(cheng)本(ben)的(de)增(zeng)加(jia)。
4.好電容代表著高品質。
“唯電容論”曾zeng經jing盛sheng極ji一yi時shi,一yi些xie廠chang商shang和he媒mei體ti也ye刻ke意yi的de把ba這zhe個ge事shi情qing做zuo成cheng一yi個ge賣mai點dian。在zai板ban卡ka設she計ji中zhong,電dian路lu設she計ji水shui平ping是shi關guan鍵jian。和he有you的de廠chang商shang可ke以yi用yong兩liang相xiang供gong電dian做zuo出chu比bi一yi些xie廠chang商shang采cai用yong四si相xiang供gong電dian更geng穩wen定ding的de產chan品pin一yi樣yang,一yi味wei的de采cai用yong高gao價jia電dian容rong,不bu一yi定ding能neng做zuo出chu好hao產chan品pin。衡heng量liang一yi個ge產chan品pin,一yi定ding要yao全quan方fang位wei多duo角jiao度du的de去qu考kao慮lv,切qie不bu可ke把ba電dian容rong的de作zuo用yong有you意yi無wu意yi的de誇kua大da。
B. 電容爆漿之麵麵談
爆漿的種類:
分兩類,輸入電容爆漿和輸出電容爆漿。
對於輸入電容來說,就是我是說的C1,C1對(dui)由(you)電(dian)源(yuan)接(jie)收(shou)到(dao)的(de)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)過(guo)濾(lv)。輸(shu)入(ru)電(dian)容(rong)爆(bao)漿(jiang)和(he)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)電(dian)流(liu)的(de)品(pin)質(zhi)有(you)關(guan)。過(guo)多(duo)的(de)毛(mao)刺(ci)電(dian)壓(ya),峰(feng)值(zhi)電(dian)壓(ya)過(guo)高(gao),電(dian)流(liu)不(bu)穩(wen)定(ding)等(deng)都(dou)使(shi)電(dian)容(rong)過(guo)於(yu)充(chong)放(fang)電(dian)過(guo)於(yu)頻(pin)繁(fan),長(chang)時(shi)間(jian)處(chu)於(yu)這(zhe)類(lei)工(gong)作(zuo)環(huan)境(jing)下(xia)的(de)電(dian)容(rong),內(nei)部(bu)溫(wen)度(du)升(sheng)高(gao)很(hen)快(kuai)。超(chao)過(guo)泄(xie)爆(bao)口(kou)的(de)承(cheng)受(shou)極(ji)限(xian)就(jiu)會(hui)發(fa)生(sheng)爆(bao)漿(jiang)。
對於輸出電容來說,就我說的C2,對(dui)經(jing)電(dian)源(yuan)模(mo)塊(kuai)調(tiao)整(zheng)後(hou)的(de)電(dian)流(liu)進(jin)行(xing)濾(lv)波(bo)。此(ci)處(chu)電(dian)流(liu)經(jing)過(guo)一(yi)次(ci)過(guo)濾(lv),比(bi)較(jiao)平(ping)穩(wen),發(fa)生(sheng)爆(bao)漿(jiang)的(de)可(ke)能(neng)性(xing)相(xiang)對(dui)來(lai)說(shuo)小(xiao)了(le)不(bu)少(shao)。但(dan)如(ru)果(guo)環(huan)境(jing)溫(wen)度(du)過(guo)高(gao),電(dian)容(rong)同(tong)樣(yang)容(rong)易(yi)發(fa)生(sheng)爆(bao)漿(jiang)。爆(bao),報(bao)也(ye)。采(cai)用(yong)垃(la)圾(ji)東(dong)西(xi)自(zi)然(ran)要(yao)爆(bao),報(bao)應(ying)啊(a)。欲(yu)知(zhi)過(guo)去(qu)因(yin)者(zhe),見(jian)其(qi)現(xian)在(zai)果(guo);欲知未來果者,見其現在因。
電解電容爆漿的原因:
電容爆漿的原因有很多,比如電流大於允許的穩波電流、使用電壓超出工作電壓、逆向電壓、pinfandechongfangdiandeng。danshizuizhijiedeyuanyinjiushigaowen。womenzhidaodianrongyouyigezhongyaodecanshujiushinaiwenzhi,zhidejiushidianrongneibudianjieyedefeidian。dangdianrongdeneibuwendudadaodianjieyedefeidianshi,dianjieyekaishifeiteng,dianrongneibudeyalishenggao,dangyalichaoguoxiebaokoudechengshoujixianjiufashenglebaojiang。suoyishuowendushidaozhidianrongbaojiangdezhijieyuanyin。dianrongshejishiyongshoumingdayuewei2萬小時,受環境溫度的影響也很大。電容的使用壽命隨溫度的增加而減小,實驗證明環境溫度每升高10℃,dianrongdeshoumingjiuhuijianban。zhuyaoyuanyinjiushiwendujiasuhuaxuefanyingershijiezhisuishijiantuihuashixiao,zheyangdianrongshoumingzhongjie。weilebaozhengdianrongdewendingxing,dianrongzaichabanqianyaojingguochangshijiandegaowenhuanjingdeceshi。jishishizai100℃,高品質的電容也可以工作幾千個小時。同時,我們提到的電容的壽命是指電容在使用過程中,電容容量不會超過標準範圍變化的10%。電容壽命指的是電容容量的問題,而不是設計壽命到達之後就發生爆漿。隻是無法保證電容的設計的容量標準。
所suo以yi,短duan時shi期qi內nei,正zheng常chang使shi用yong的de板ban卡ka電dian容rong就jiu發fa生sheng爆bao漿jiang的de情qing況kuang,這zhe就jiu是shi電dian容rong品pin質zhi問wen題ti。另ling外wai,不bu正zheng常chang的de使shi用yong情qing況kuang也ye有you可ke能neng發fa生sheng電dian容rong爆bao漿jiang的de情qing況kuang。比bi如ru熱re插cha拔ba電dian腦nao配pei件jian也ye會hui導dao致zhi板ban卡ka局ju部bu電dian路lu電dian流liu、電壓的劇烈變化,從而引發電容使用故障。
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