電源用電容器的選擇

電容器是實(shí)現(xiàn)電源的寬范圍電壓和電流組合的最關(guān)鍵的無源元件之一。盡管每種電容器都能儲(chǔ)存電能，但對(duì)于特定的應(yīng)用來說，電介質(zhì)技術(shù)在電容器的選擇中起著重要的作用。

　　電容器在電源中最重要的應(yīng)用是在存儲(chǔ)能量、浪涌電壓保護(hù)、EMI抑制和控制電路等方面。

　　儲(chǔ)能

　　儲(chǔ)能型電容器通過整流器收集電荷，并將存儲(chǔ)的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。電壓額定值為40～450VDC、電容值在220～150 000ΜF(xiàn)之間的鋁電解電容器（如EPCOS公司的 B43504或B43505）是較為常用的。根據(jù)不同的電源要求，器件有時(shí)會(huì)采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式， 對(duì)于功率級(jí)超過10KW的電源，通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。

　　要選擇合適的電容值，需查看其額定直流電壓、允許的電壓波紋和充/放電周期。但是，在選擇用于該應(yīng)用的電解電容器時(shí)，應(yīng)當(dāng)考慮以下參數(shù)。 典型電源中的電容器波紋電流為各個(gè)頻率上的波紋電流的組合。波紋電流的RMS（均方根）值決定了電容器的溫升。

　　常見的一個(gè)錯(cuò)誤是通過把各個(gè)頻率上的波紋電流的平方值相加來計(jì)算RMS電流負(fù)載。實(shí)際上，必須考慮到隨著波紋頻率的增加，電容器的ESR下降。正確的做法是根據(jù)波紋因子的頻率圖估算出高頻（到100HZ）時(shí)的波紋電流。采用估算的電流平方值來確定波紋電流。這才是真實(shí)的電流負(fù)載。 由于環(huán)境溫度決定著負(fù)載條件下的電容器壽命，因此，那些聲譽(yù)卓著的制造商們均精確定義了波紋電流負(fù)載、環(huán)境溫度與概率壽命之間的關(guān)系。在實(shí)際工作條件下，利用波紋電流負(fù)載和環(huán)境溫度來確定概率壽命，而將公布的概率壽命作為絕對(duì)值。

　　浪涌電壓保護(hù)

　　開關(guān)頻率很高的現(xiàn)代功率半導(dǎo)體器件易受潛在的損害性電壓尖峰脈沖的影響。跨接在功率半導(dǎo)體器件兩端的浪涌電壓保護(hù)電容器（如EPCOS B32620-J或B32651..56）通過吸收電壓脈沖限制了峰值電壓，從而對(duì)半導(dǎo)體器件起到了保護(hù)作用，使得浪涌電壓保護(hù)電容器成為功率元件庫(kù)中的重要一員。

　　半導(dǎo)體器件的額定電壓和電流值及其開關(guān)頻率左右著浪涌電壓保護(hù)電容器的選擇。由于這些電容器承受著很陡的DV/DT值，因此，對(duì)于這種應(yīng)用而言，薄膜電容器是恰當(dāng)之選。

　　在額定電壓值高達(dá)2000VDC的條件下，典型的電容額定值在470PF～47NF之間。對(duì)于大功率的半導(dǎo)體器件，如IGBT，電容值可高達(dá)2.2ΜF(xiàn)，電壓在1200VDC的范圍內(nèi)。 不能僅根據(jù)電容值/電壓值來選擇電容器。在選擇浪涌電壓保護(hù)電容器時(shí)，還應(yīng)考慮所需的DV/DT值。

　　耗散因子決定著電容器內(nèi)部的功率耗散。因此，應(yīng)選擇一個(gè)具有較低損耗因子的電容器作為替換。

　　EMI/RFI抑制

　　這些電容器連接在電源的輸入端，以減輕由半導(dǎo)體所產(chǎn)生的電磁或無線電干擾。由于直接與主輸入線相連，這些電容器易遭受到破壞性的過壓和瞬態(tài)電壓。因此，世界上各個(gè)地區(qū)都推出了不同的安全標(biāo)準(zhǔn)，包括歐洲的EN132 400，美國(guó)的UL1414和1283以及加拿大的CSA C22.2 NO.0，1和8。

　　采用塑膜技術(shù)的X-級(jí)和Y-級(jí)電容器（如EPCOS B3292X/B81122）提供了最為廉價(jià)的抑制方法之一。抑制電容器的阻抗隨著頻率的增加而減小，允許高頻電流通過電容器。X電容器在線路之間對(duì)此電流提供“短路”，Y電容器則在線路與接地設(shè)備之間對(duì)此電流提供“短路”。

　　根據(jù)所能承受的浪涌電壓的峰值，對(duì)X和Y電容器還有更細(xì)的分類。例如：一個(gè)電容值高達(dá)1ΜF(xiàn)的X2電容器的額定峰值浪涌電壓為2.5KV，而電容值相近的X1電容器，其額定峰值浪涌電壓則為4KV。應(yīng)根據(jù)負(fù)載斷電期間的峰值電壓來選擇合適的干擾抑制電容器的級(jí)別。

　　控制和邏輯電路

　　各類電容器均被應(yīng)用于電源控制電路中，除非是在惡劣的環(huán)境條件下，否則這些電容器都是具有低電壓和低損耗的通用型元件。 在惡劣的環(huán)境下使用的電源，通常選用高溫元件。工業(yè)或?qū)I(yè)用電源，可選擇低ESR元件，如EPCOS B45294系列，在要求較高的總體可靠性時(shí)，是不錯(cuò)的選擇。

　　為了對(duì)裝配的自動(dòng)化、外型尺寸的壓縮、裝配成本的下降以及由此帶來的生產(chǎn)率的提高等加以利用，大多數(shù)設(shè)計(jì)師試圖沿用控制電路中所采用的SMD電容器技術(shù)。但是，選用混合技術(shù)以充分利用某些引線元件所具有的低得多的成本這一優(yōu)勢(shì)的工程師也不在少數(shù)。