基于高壓陶瓷電容設(shè)計的開關(guān)電源優(yōu)勢分析

　　序 言

　　現(xiàn)代電源技術(shù)中，無論是線性電源還是開關(guān)電源，鋁電解電容都是必不可少的關(guān)鍵器件。然而，在行業(yè)內(nèi)常規(guī)的AC-DC電源設(shè)計中，鋁電解電容會給電源帶來高低溫條件下可靠性差、壽命短等問題。那么，有沒有一種既能替代傳統(tǒng)鋁電解電容，又能提高電源可靠性和壽命的器件呢?本文著重從高壓陶瓷電容與傳統(tǒng)鋁電解電容的優(yōu)劣勢對比進行探討與分析。

　　一、鋁電解電容的設(shè)計缺陷

　　AC-DC電源轉(zhuǎn)換器，要實現(xiàn)交流到直流的變換，首先需要將交流電壓經(jīng)過整流濾波后形成一個穩(wěn)定、平滑的直流電壓給自身及外部器件供電。而電解電容由于具有單位體積內(nèi)電容量大、額定容量大(可實現(xiàn)法拉級)、價格低廉等優(yōu)點，常成為常規(guī)開關(guān)電源中整流濾波的關(guān)鍵器件。電解電容是由鋁圓筒做負(fù)極，里面裝有液體電解質(zhì)，插入一片彎曲的鋁帶做正極制成，電解液在高溫和低溫等極端條件下，非常容易漏液和干涸，從而使其電氣屬性發(fā)生變化，最終導(dǎo)致電容失效。一旦鋁電解電容失效，因其劇烈反應(yīng)形成壓力，就會釋放出易燃、腐蝕性氣體，導(dǎo)致AC-DC模塊電源失效。

　　根據(jù)鋁電解電容的物理結(jié)構(gòu)，可以用圖 1中所示的電路等效，其中CAK代表兩電極間的理想電容量;Rp 是并聯(lián)電阻，代表了電容的漏電流成分;Rl 代表了電容引出端及電極部分的串聯(lián)電阻成分;L 代表了引出線和連接處的等效串聯(lián)電感成分。

　　鋁電解電容的性能主要依賴其中介質(zhì)部分，即陽極金屬氧化膜部分。除受初始工藝的影響外，在工作過程中，電解液也會不斷修補并增厚該氧化膜，隨著陽極金屬氧化膜的不斷增厚，鋁電解電容等效電路模型中的電容值C會不斷下降，等效串聯(lián)電阻ESR會不斷增大，同時陰極反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣又加速了電解液的揮發(fā)，這些便是引起鋁電解電容退化的主要因素。

　　因而，雖然電解電容有著其他類型的電容無法替代的優(yōu)勢，但還是具有內(nèi)部損耗大、靜電容量誤差大、漏電流大、高低溫特性差等缺陷。故采用電解電容設(shè)計的常規(guī)AC-DC電源模塊在高低溫特性、可靠性、使用壽命等方面具有明顯的劣勢。

　　那么，如果AC-DC電源設(shè)計中不使用電解電容，電源產(chǎn)品將會怎樣呢?無電解電容的AC-DC電源模塊是否可避免上述致命缺陷?

　　日前，金升陽通過采用高壓陶瓷電容的填谷電路設(shè)計替代并優(yōu)化電解電容的基本功能，成功設(shè)計出滿足性能要求的無電解電容AC-DC電源模塊LN系列，解決了AC-DC電源因電解電容而帶來的產(chǎn)品大體積、壽命短、高低溫性能差等問題。

　　二、無電解電容產(chǎn)品的優(yōu)勢

　　與電解電容相比，陶瓷電容具有極低的ESR和ESL，能降低因寄生參數(shù)而引起的損壞風(fēng)險;同時，因陶瓷電容的電解質(zhì)在高低溫等極限條件下不易揮發(fā)、凝固，容量相對穩(wěn)定，能長時間保持電容的電氣特性，從而極大地提高了電源產(chǎn)品的高低溫性能和長期使用的可靠性。