开关电源中电容器的选择.pdf

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1开关电源中电容器的选择南京航空航天大学自动化学院赵修科世纪电源网上海电源技术研讨会2010.62一、电容器的基本原理电容器的基本原理结构结构：

电容器的基本结构是由两块导体极板，中间隔离有不同的电介质（绝缘体）组成。

其符号如图（b）所示。

充电：

充电：

当两个端子接到电源时，电源正极将相连极板电子吸走，留下正电荷；而负极向另一极板同时送人相等电子。

在外电路形成电流。

直到极板电压等于极板两端电压。

3定义定义：

601085836=dA.dAdAdACrrrCUQ=或UQC=电容量与结构和介质有关：

F0r0=8.8510-12F/m（110-9/36）A极板面积（m2）;d极板间距离（m）通常电容器名称是以介质材料来命名的4表1一些材料的相对介电常数材料r材料r空气1.0橡胶2.7蒸馏水8.0云母67.5腊纸4.3玻璃5.58矿物油2.2陶瓷5.8尼龙3.55氧化铝7.510聚酯薄膜3.1导热硅脂3.94.3人造云母5.2聚四氟乙烯1.82.25电容电路中电流电容电路中电流电容存储的能量200021CUCududtdtduuCuidtWUtt=tUCtQidddd=（J）电容电压不能突变正弦交流（u=Umsint）电路中的电容）/t（ItXUtC/UtUCtuCimc2sincos2cos12cos2dd+=CXC1=式中6二、电容器的主要参数1.容量：

容量：

单位F，（mF），F，nF，pF误差等级1%（00）级，2%（0）级，5%（）级，10%（）级和20%（）级标称值和电阻相同。

按照公差等级决定序列。

如公差10%：

1.0，1.2，1.5，1.8，2.2，2.7，3.3，4.7和6.8等，像4.7F，0.047F，47pF等等容量标注在外壳上容量标注在外壳上，测试条件为25C，1F测试频率为120Hz，1FC1nF测试频率为1kHz72.电压定额电容器介质中的电场强度大于它的允许电场强度，这是绝缘介质中的电子被拉出来，产生雪崩效应，引起介质击穿。

额定电压一般比击穿电压低。

高电压定额的电容需要更厚的介质，比低电压体积大。

额定直流电压额定直流电压：

电容两极能施加的最高直流电压。

额定交流电压额定交流电压：

受损耗限制，一般比直流电压低得多。

并随频率增加允许交流电压降低。

例如例如：

某电容直流额额定电压为600V，而50Hz交流额定电压为30V。

某电容50Hz交流额定电压为400V，而在400HZ应用，额定电压降低为240V等。

通常选择电容额定电压不得小于电容所承受电路最高电压的125%。

83.ESR、ESL和损耗系数ESR、ESL和损耗系数电容等效电路：

电容等效电路：

C，ESR，ESL和RSESR：

引线、焊接和介质极化损耗。

介质损耗与温度和频率有关。

ESL：

引线、电容极板结构有关。

RS：

泄漏电阻，一般很大损耗系数：

容量1F，用120Hz；5mm,1835应3mm，616应2mm；2.电容安装时尽量不要靠近功率器件和发热源；3.不要用有机洗涤剂清洗；4.电路电压最高电压不超过耐压值的1.2倍；5.不能反极性；6.已安装在PCB上的电容不得强迫拉压或歪扭；7.在电压允许的情况下，电容的端尽可能靠近，减少引线电感。

8.并联212、钽电容钽电容比铝电容具有好得多的高频特性，但价格贵，而且电压限制在100V和容量数百F以下，失效为常为短路极易着火。

中功率电源输入最好选择铝电解电容，而输出低压采用贴片钽电容。

当然贴片比插件的容量小而电压低。

比铝电解电容更好的低温性能。

钽电解电容选择与铝电解电容相似。

仍以输出纹波电压和ESR选择电容量。

223.2无极性电容无极性电容1.有机薄膜电容有机薄膜电容介质介质：

薄膜电容有聚乙烯、聚酯（CL）、聚丙烯（CB）、聚四氟乙烯（CF）、聚碳酸脂（CLS）等薄膜电容。

精密、温度特性好、低漏电流。

类型：

1.金属箔/膜电容类型：

1.金属箔/膜电容金属箔作为电极。

极低的ESR，可以承受很高的dV/dt和交流电流。

体积大，价格高。

容量小（低于0.01F）2.金属化电容2.金属化电容喷涂在介质铝层作为电极。

ESR大，较低的dV/dt和交流电流能力。

体积小，价格低，有自愈能力。

容量大。

23使用：

使用：

相同容量金属箔常用于脉冲、交流高压、缓冲电路（snubber）和谐振电路。

金属化电容在局部击穿时产生高温，金属箔蒸发不会短路，电容量减少极小，这种现象就是所谓自愈能力，体积小，价格低。

这类电容除了一般应用以外，常用于电磁兼容的X电容和Y电容。

金属化聚碳酸酯膜介质CLS体积小，耐高温、温度系数小、绝缘电阻高、自愈性。

常应用于逻辑控制电路、延时、积分、滤波、耦合和移相电路。

*金属化电容不使用在低电容，小于0.01F,谐振电路,吸收电路,低噪声。

壳温升不超过15C，高温环境壳温不超过最高允许温度。

242.无机介质电容无机介质电容云母电容：

云母电容：

云母片为介质，浸银后形成电极。

电容量在数pF到1F；电压定额在50Vdc到2500V-55150内电容量漂移不超过0.5%比有机介质箔电容更高的dV/dt能力体积较大，成本较高。

适合于定时、缓冲电路和高频交流电路使用。

25陶瓷介质电容陶瓷介质电容：

介质成分介质成分是钛酸盐、铌镁酸铅等分类：

分类：

3类1类：

类：

高精度，1pF到几个mF；1类：

高精度，1pF到几个mF；2类：

类：

独石电容，和1类相同的壳体，容量是以上电容2070倍，但在温度55125范围内变化大约10%，最大变化为15%25%；3类类：

电容容量是2类大约5倍，电容量随电压和温度变化较大。

温度范围2585，电容变化大约20%65%26使用1类用于定时、谐振电路和需要补偿温度效应的电路，也适合要求低损耗和高绝缘电阻的一般电路中使用。

在收音机、电视机、收录机等电子产品种要求容量稳定的交直流的脉冲电路中使用。

在收音机、电视机、收录机等电子产品种要求容量稳定的交直流的脉冲电路中使用。

2类电容量大，外形尺寸小。

电路中用于隔直流、旁路耦合、滤波和对损耗和容量稳定性要求不高的场合。

3类容量大，但要求不高的地方，价格低廉。

多层陶瓷电容，代替低压电解电容。

27四、开关电源中电容器1、输入EMC滤波、整流和PFCC1C2C3C4C5C6C7UiUoHVC8220V50HzAB28C1,C4EMC差模（常模）滤波：

一般采用有机介质金属化交流电容。

通常称为X电容。

C2,C3EMC共模滤波：

一般称为Y电容。

通常采用高压一类陶瓷电容，或高压金属化电容。

要求较低的ESR。

数值受安全泄漏电流（3mA）限制。

C5PFC输入电容：

通常采用金属化电容，如CBB。

保证PFC工作，输入整流电压为零附近有1V左右电压。

减少输入电流过零失真,一般在14F。

C6,C7缓冲（Snubber）电容：

一般采用金属箔/膜电容，具有很高的dV/dt能力，以及非常小的ESR和ESL。

通常称为snubber电容。

C8输出滤波电容：

铝电解电容，按纹波电压要求，根据峰值电流和电容的ESR选择容量，检查电容的纹波电流定额是否满足电路要求。

292.功率电路C11C9C9,C10Snubber电容，要求极低ESR，一般按dV/dt能力选择电容。

C10C11输出滤波电容，电解电容，按纹波电压要求，根据纹波电流和电容的ESR选择电容量。

UoHVUo辅助线圈303.辅助电路辅助电路C12C13C14CTC15控制IC驱动C16ABC12工频滤波，电解电容。

如前。

C13电解电容。

按控制芯片欠压保护回差UUNIT/C选择电容量。

I控制电路输入电流；T功率电路启动时间。

C14定时电容。

薄膜电容或云母电容等精密电容。

C15C16去耦电容。

一般用途，3类陶瓷及任何电容。

来自辅助线圈31谢谢！

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