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电源设计之电容选型

技术中心

Technology

电源设计之电容选型

分类:
电源技术
作者:
广州市爱浦电子科技有限公司
来源:
原创
发布时间:
2019/12/11
浏览量
电容是开关电源中的再普通不过的器件,它可以用来降低纹波噪声,可以用来提高电源的稳定性以及瞬态响应性,然而,电容的种类繁多,如何通过技巧快速进行选型,而产品可靠性又高,性能又稳定呢?

1、电容种类的了解
对电容种类的大致了解,在选择电容时有助于对电容种类的快速筛选。
电容种类较多,如图1所示,按封装分有贴片电容、插件电容,按介质分有陶瓷电容,钽电容,电解电容、云母电容、薄膜电容等,按结构形势分,有固定电容、半固定电容、可变电容。
 
电容种类的繁多,让人容易患选择综合症,但不用忧虑,在开关电源中,我们使用最多的就是陶瓷电容,电解电容和钽电容,了解了电容的种类接下来是了解电容的一些性能参数。

2、电容关键参数的认识
了解电容的内在关键参数,才能快速选型,可靠使用,所有的电容的关键参数都是一样的,包括电容容值、电容的耐压值、电容的ESR、电容容值精度、电容允许的工作温度范围。

3、开关电源中电容的选型要了解电容本身特性
在开关电源设计中,使用频率最高的电容是陶瓷电容、电解电容、钽电容,需要了解它们的特性差异才能快速的进行选择。
• 陶瓷电容容值较小,高频特性好,工作温度范围较广,ESR较电解电容小,体积小,没有极性;
• 电解电容容值可以做大,但工作温度范围较窄,ESR较大,有极性;
• 钽电容ESR最小,容值可比陶瓷电容大一些,有极性,安规性能差,容易起火。
了解了以上三种电容的特性,在使用它们的时候就可以游刃有余。

4、开关电源中电容的选型还要了解使用环境
电容的使用环境还分电路内部环境和电路外部环境,电路内部环境包括频率、电压值、电流值、电容在电路中的主要作用等;根据电路频率可以确定电容种类;根据电压值可以确定选型电容的耐压值;在电路中的主要作用可以用来参考选型电容的容值等;根据电路外部使用环境对电容进行选型,产品工作的环境温度,安规要求等,都可以用来缩小电容选择范围。电容的选型不当,在应用中会出现爆浆、电解液干涸等现象,最终导致电源失效。如下图2所示。
 
5、开关电源中部分电路电容选型举例
(1)吸收电路的电容选型,如下图3所示,在开关电源中,在MOS管或二极管上并联电容吸收尖峰是很常见的电路,那么这颗电容该如何去选择呢?首先,考虑电路环境,即电容上可能承受的最大电压应力,可以确定电容的耐压值选;其次,作为吸收电路,容值不能太大,太大会影响整机效率,故容值一般使用PF级别电容,电容的高频特性要好,根据这些特点,选择陶瓷电容是最理想的;然而陶瓷电容还分NPO,COG材质,根据温度特性还分X5R、X7R等,无需愁,只要了解了电路环境对使用电容的精度要求及温度要求,这些都可迎刃而解,在这种吸收电路中,对电容精度要求不高,一般的COG材质的电容可以满足。
(2)启动电路,以芯片3843为例,用RC启动,如图4所示,C值一般用到uF级别的电容,且温度特性要好,要不然在温度变化时,容值不够,会启动不良,在此可以选择钽电容和陶瓷电容;但是,钽电容有一个问题就是不符合安规要求,如果要过安规认证,就只能选择陶瓷电容。
(3)滤波电路电容选择,已常见的滤波电路为例,见图5,根据电路中电容两端电压确定耐压值,如输出电压24V,就不能选择15V或是25V耐压值的电容,电路中最大电流可以用来确定容值,电流大需要得到更小纹波,就要选择大容量的电容,滤波电路中,电容值可以用纯陶瓷、纯电解电容,或是电解电容混合陶瓷电容一起使用。
 
6、汽车级电源使用电容选型举例
汽车级电源电容选型就涉及到使用环境对电容的筛选,汽车级电源工作环境温度较一般的工业级电源要求高,工作温度要求达到125℃,所以电容选型是要选择温度特性好、耐高温、安规性能好的电容。
 

 

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