電源用電容器的選擇

電容器是實(shí)現(xiàn)電源的寬范圍電壓和電流組合的最關(guān)鍵的無源元件之一。盡管每種電容器都能儲存電能，但對于特定的應(yīng)用來說，電介質(zhì)技術(shù)在電容器的選擇中起著重要的作用。

　　電容器在電源中最重要的應(yīng)用是在存儲能量、浪涌電壓保護(hù)、EMI抑制和控制電路等方面。

　　儲能

　　儲能型電容器通過整流器收集電荷，并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 000ΜF(xiàn)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(jù)不同的電源要求，器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式， 對于功率級超過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/放電周期。但是，在選擇用于該應(yīng)用的電解電容器時，應(yīng)當(dāng)考慮以下參數(shù)。 典型電源中的電容器波紋電流為各個頻率上的波紋電流的組合。波紋電流的RMS（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(fù)載。實(shí)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(jù)波紋因子的頻率圖估算出高頻（到100HZ）時的波紋電流。采用估算的電流平方值來確定波紋電流。這才是真實(shí)的電流負(fù)載。 由于環(huán)境溫度決定著負(fù)載條件下的電容器壽命，因此，那些聲譽(yù)卓著的制造商們均精確定義了波紋電流負(fù)載、環(huán)境溫度與概率壽命之間的關(guān)系。在實(shí)際工作條件下，利用波紋電流負(fù)載和環(huán)境溫度來確定概率壽命，而將公布的概率壽命作為絕對值。

　　浪涌電壓保護(hù)

　　開關(guān)頻率很高的現(xiàn)代功率半導(dǎo)體器件易受潛在的損害性電壓尖峰脈沖的影響。跨接在功率半導(dǎo)體器件兩端的浪涌電壓保護(hù)電容器（如EPCOS B32620-J或B32651..56）通過吸收電壓脈沖限制了峰值電壓，從而對半導(dǎo)體器件起到了保護(hù)作用，使得浪涌電壓保護(hù)電容器成為功率元件庫中的重要一員。

　　半導(dǎo)體器件的額定電壓和電流值及其開關(guān)頻率左右著浪涌電壓保護(hù)電容器的選擇。由于這些電容器承受著很陡的DV/DT值，因此，對于這種應(yīng)用而言，薄膜電容器是恰當(dāng)之選。

　　在額定電壓值高達(dá)2000VDC的條件下，典型的電容額定值在470PF～47NF之間。對于大功率的半導(dǎo)體器件，如IGBT，電容值可高達(dá)2.2ΜF(xiàn)，電壓在1200VDC的范圍內(nèi)。 不能僅根據(jù)電容值/電壓值來選擇電容器。在選擇浪涌電壓保護(hù)電容器時，還應(yīng)考慮所需的DV/DT值。

　　耗散因子決定著電容器內(nèi)部的功率耗散。因此，應(yīng)選擇一個具有較低損耗因子的電容器作為替換。

　　EMI/RFI抑制

　　這些電容器連接在電源的輸入端，以減輕由半導(dǎo)體所產(chǎn)生的電磁或無線電干擾。由于直接與主輸入線相連，這些電容器易遭受到破壞性的過壓和瞬態(tài)電壓。因此，世界上各個地區(qū)都推出了不同的安全標(biāo)準(zhǔn)，包括歐洲的EN132 400，美國的UL1414和1283以及加拿大的CSA C22.2 NO.0，1和8。

　　采用塑膜技術(shù)的X-級和Y-級電容器（如EPCOS B3292X/B81122）提供了最為廉價的抑制方法之一。抑制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(shè)備之間對此電流提供“短路”。

　　根據(jù)所能承受的浪涌電壓的峰值，對X和Y電容器還有更細(xì)的分類。例如：一個電容值高達(dá)1ΜF(xiàn)的X2電容器的額定峰值浪涌電壓為2.5KV，而電容值相近的X1電容器，其額定峰值浪涌電壓則為4KV。應(yīng)根據(jù)負(fù)載斷電期間的峰值電壓來選擇合適的干擾抑制電容器的級別。

　　控制和邏輯電路

　　各類電容器均被應(yīng)用于電源控制電路中，除非是在惡劣的環(huán)境條件下，否則這些電容器都是具有低電壓和低損耗的通用型元件。 在惡劣的環(huán)境下使用的電源，通常選用高溫元件。工業(yè)或?qū)I(yè)用電源，可選擇低ESR元件，如EPCOS B45294系列，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(chǎn)率的提高等加以利用，大多數(shù)設(shè)計師試圖沿用控制電路中所采用的SMD電容器技術(shù)。但是，選用混合技術(shù)以充分利用某些引線元件所具有的低得多的成本這一優(yōu)勢的工程師也不在少數(shù)。