分析電源設(shè)計中的電容選用實例

開關(guān)穩(wěn)壓電源具有多功能綜合保護：穩(wěn)壓器除了最基本的穩(wěn)定電壓功能以外，還應(yīng)具有過壓保護(超過輸出電壓的+10%)、欠壓保護(低于輸出電壓的-10%)、缺相保護、短路過載保護最基本的保護功能。尖脈沖抑制(可選)：電網(wǎng)有時會出現(xiàn)幅值很高，脈寬很窄的尖脈沖，它會擊穿耐壓較低的電子元件。穩(wěn)壓電源的抗浪涌組件能夠?qū)@樣的尖脈沖起到很好的抑制作用。

高頻鋁電解電容器還有多芯的形式，它將鋁箔分成較短的若干小段，用多引出片并聯(lián)連接以減小容抗中的電阻成份，同時，采用低電阻率的材料并用螺桿作為引出端子，以增強電容器承受大電流的能力。

疊片電容也稱為無感電容，一般電解電容器的芯子都卷成圓柱形，等效串聯(lián)電感較大;疊片電容的結(jié)構(gòu)和書本相仿，因流過電流產(chǎn)生的磁通方向相反而被抵消，因而降低了電感的數(shù)值，具有更為優(yōu)良的高頻特性，這種電容一般做成方形，便于固定，還可以適當(dāng)減小占機體積。

2.吸收與換相電容器

隨著柵控半導(dǎo)體器件的額定功率越做越大，開關(guān)速度越來越快，額定電壓越來越高，對緩沖電路的電容器僅僅要求足夠的耐壓、容量及優(yōu)異的高頻特性是不夠的。

在大功率電力電子電路中，由于IGBT 的開關(guān)速度已小于1μs，要求吸收電路電容器上的電壓變化速率dv/dt> V/μs 已是很正常的，有的要求 V/μs 甚至 V/μs。

對于普通電容器，特別是普通金屬化電容器的dv/dt100V/μs，特殊金屬化電容器的dv/dt≤200V/μs，專用雙金屬化電容器小容量(小于10nF)的dv/dt≤1500V/μs，較大容量(小于0.1μF)的則為600V/μs，在這種巨大且重復(fù)率很高的峰值電流沖擊下是很難承受的。損壞電力電子電路的現(xiàn)象。

目前吸收電路專用電容器，即金屬箔電極可承受較大的峰值電流和有效值電流沖擊，如：較小容量(10nF 以下)的可承受100000V/μs～455000V/μs 的電壓變化率、3700A 峰值電流和達9A 有效值電流(如CDV30FH822J03);較大容量(大于10nF，小于0.47μF)或較大尺寸的可承受大于3400V/μs 以及1000A 峰值電流的沖擊。

由此可見，盡管同是無感電容、金屬化和金屬箔電容，應(yīng)用在吸收電路中將有不同的表現(xiàn)，外形相近但規(guī)格不同在這里是絕對不能互換的。電容器的尺寸將影響電容器的dv/dt 及峰值電流的耐量，一般而言，長度越大dv/dt 和峰值電流則相對較小。

吸收電路中電容器的工作特點是高峰值電流占空比小，有效值電流不十分高，與這種電路相似的還有晶閘管逆變器的換相電容器，盡管這種電容器要求的dv/dt 較吸收電容器小，但峰值電流與有效值電流均較大，采用普通電容器在電流方面不能滿足要求。

在某些特殊應(yīng)用中要求儲能電容器反復(fù)急促放電，而且放電回路電阻極低、寄生電感很小，在這種場合下只能將吸收電容并聯(lián)使用以保證長期使用的可靠性。

3.諧振電容器

諧振式變換器，如諧振式開關(guān)穩(wěn)壓電源及晶閘管中頻電源諧振回路中的諧振電容器，工作時往往流過很大電流。又如電子鎮(zhèn)流器的諧振電容規(guī)格選擇不當(dāng)時，會出現(xiàn)電容上電壓雖沒達到擊穿電壓但由于流過較大的諧振電流而損壞的現(xiàn)象。

在含有電容和電感的電路中，如果電容和電感并聯(lián)，可能出現(xiàn)在某個很小的時間段內(nèi)：電容的電壓逐漸升高，而電流卻逐漸減少;與此同時電感的電流卻逐漸增加，電感的電壓卻逐漸降低。而在另一個很小的時間段內(nèi)：電容的電壓逐漸降低，而電流卻逐漸增加;與此同時電感的電流卻逐漸減少，電感的電壓卻逐漸升高。電壓的增加可以達到一個正的最大值，電壓的降低也可達到一個負的最大值，同樣電流的方向在這個過程中也會發(fā)生正負方向的變化，此時我們稱為電路發(fā)生電的振蕩。

電路振蕩現(xiàn)象可能逐漸消失，也可能持續(xù)不變地維持著。當(dāng)震蕩持續(xù)維持時，我們稱之為等幅振蕩，也稱為諧振。

諧振時間電容或電感兩鍛電壓變化一個周期的時間稱為諧振周期，諧振周期的倒數(shù)稱為諧振頻率。所謂諧振頻率就是這樣定義的。

綜上所述，在現(xiàn)代電源技術(shù)中，不同應(yīng)用場合需要不同性能的電容器，不能混用、濫用、錯用，以盡可能消除不應(yīng)出現(xiàn)的損壞，并保證產(chǎn)品性能。

延伸閱讀：現(xiàn)代電源技術(shù)中電容器的正確選用

三、電容降壓式電源設(shè)計實例

將交流市電轉(zhuǎn)為低壓直流的常規(guī)方法是采用變壓器降壓后再整流濾波，當(dāng)受體積和成本等因素限制時，最簡單實用的方法就是采用電容降壓式電源。

1.電容降壓式電源電路原理

電容降壓式簡易電源的基本電路如圖1，C1為降壓電容器，D2為半波整流二極管，D1在市電的負半周時給C1提供放電回路，D3是穩(wěn)壓二極管，R1為關(guān)斷 電源后C1的電荷泄放電阻。在實際應(yīng)用時常常采用的是圖2的所示的電路。當(dāng)需要向負載提供較大的電流時，可采用圖3所示的橋式整流電路。整流后未經(jīng)穩(wěn)壓的 直流電壓一般會高于30伏，并且會隨負載電流的變化發(fā)生很大的波動，這是因為此類電源內(nèi)阻很大的緣故所致，故不適合大電流供電的應(yīng)用場合。

2.阻容降壓電路的器件選擇原則

(1)電路設(shè)計時，應(yīng)先測定負載電流的準(zhǔn)確值，然后參考示例來選擇降壓電容器的容量。多余的電流就會流過穩(wěn)壓管，若穩(wěn)壓管的最 大允許電流Idmax小于Ic-Io時易造成穩(wěn)壓管燒毀。

(2)為保證C1可靠工作，其耐壓選擇應(yīng)大于兩倍的電源電壓。

(3)泄放電阻R1的選擇必須保證在要求的時間內(nèi)泄放掉C1上的電荷。

3.設(shè)計舉例

圖2中，已知C1為0.33μF，交流輸入為220V/50Hz，求電路能供給負載的最大電流。

C1在電路中的容抗Xc為：Xc=1 /(2 πf C)= 1/(2*3.14*50*0.33*10-6)= 9.65K

流過電容器C1的充電電流(Ic)為：Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。

通常降壓電容C1的容量C與負載電流Io的關(guān)系可近似認為：C=14.5 I，其中C的容量單位是μF，Io的單位是A。