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(hù)：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(hù)(超過輸出電壓的+10%)、欠壓保護(hù)(低于輸出電壓的-10%)、缺相保護(hù)、短路過載保護(hù)最基本的保護(hù)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(jī)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(dá)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(dá)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(dá)到一個正的最大值，電壓的降低也可達(dá)到一個負(fù)的最大值，同樣電流的方向在這個過程中也會發(fā)生正負(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)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(fù)載電流Io的關(guān)系可近似認(rèn)為：C=14.5 I，其中C的容量單位是μF，Io的單位是A。