《電子技術應用》
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照明電源中電容作用詳解
摘要: 在日常生活中,,我們不要輕視小小電容,。他的作用很大,用過電容等的電子產(chǎn)品,。什么地方都有如果用得不好,,或用得好的,,所以首先介紹電容的作用。
關鍵詞: 照明 電源 電容 儲能
Abstract:
Key words :

中心議題:

解決方案:

  • 應用于電源電路
  • 實現(xiàn)旁路,、去藕,、濾波和儲能方面


在日常生活中,我們不要輕視小小電容,。他的作用很大,,用過電容等的電子產(chǎn)品。什么地方都有如果用得不好,,或用得好的,,所以首先介紹電容的作用:

作為無源元件之一的電容,,其作用不外乎以下幾種:

1、應用于電源電路,,實現(xiàn)旁路,、去藕、濾波和儲能方面電容的作用,,下面分類詳述之:

1)濾波

濾波是電容的作用中很重要的一部分,。幾乎所有的電源電路中都會用到。從理論上(即假設電容為純電容)說,,電容越大,,阻抗越小,通過的頻率也越高,。但實際上超過1uF的電容大多為電解電容,,有很大的電感成份,所以頻率高后反而阻抗會增大,。有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯(lián)了一個小電容,,這時大電容通低頻,小電容通高頻,。電容的作用就是通高阻低,,通高頻阻低頻,。電容越大低頻越容易通過,,電容越大高頻越容易通過。具體用在濾波中,大電容(1000uF)濾低頻,,小電容(20pF)濾高頻,。

曾有網(wǎng)友將濾波電容 比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會突變,,由此可知,,信號頻率越高則衰減越大,可很形象的說電容像個水塘,,不會因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化,。 它把電壓的變動轉化為電流的變化,頻率越高,,峰值電流就越大,,從而緩沖了電壓。濾波就是充電,,放電的過程,。

2)旁路

旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件,它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化,,降低負載需求,。就像小型可充電電池一樣,,旁路電容能夠被充電,并向器件進行放 電,。為盡量減少阻抗,,旁路電容要盡量靠近負載器件的供電電源管腳和地管腳。這能夠很好地防止輸入值過大而導致的地電位抬高和噪聲,。地彈是地連接處在通過大 電流毛刺時的電壓降,。

3)去藕

去藕,又稱解藕,。從電路來說,,總是可以區(qū)分為驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負載。如果負載電容比較大,,驅(qū)動電路要把電容充電,、放電,才能完成信號的跳變,,在上 升沿比較陡峭的時候,,電流比較大,這樣驅(qū)動的電流就會吸收很大的電源電流,,由于電路中的電感,,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會產(chǎn)生反彈),,這種電流相對 于正常情況來說實際上就是一種噪聲,,會影響前級的正常工作。這就是耦合,。去藕電容就是起到一個電池的作用,,滿足驅(qū)動電路電流的變化,避免相互間的耦合干擾,。將旁路電容和去藕電容結合起來將更容易理解,。旁路電容實際也是去藕合的,只是旁路電容一般是指高頻旁路,,也就是給高頻的開關噪聲提高一條低阻抗泄防 途徑,。高頻旁路電容一般比較小,根據(jù)諧振頻率一般是0.1u,,0.01u等,,而去耦合電容一般比較大,是10uF或者更大,,依據(jù)電路中分布參數(shù),,以及驅(qū)動 電流的變化大小來確定。旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象,,而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象,,防止干擾信號返回電源,。這應該是他們的本質(zhì)區(qū)別。

4)儲能

儲能型電容器通過整流器收集電荷,,并將存儲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 000uF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,,器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式,, 對于功率級超過10KW的電源,,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。

2,、應用于信號電路,,主要完成耦合、振蕩/同步及時間常數(shù)的作用:

1)耦合

舉個例子來講,,晶體管放大器發(fā)射極有一個自給偏壓電阻,,它同時又使信號產(chǎn)生壓降反饋到輸入端形成了輸入輸出信號耦合,這個電阻就是產(chǎn)生了耦合的元件,,如果在這個電阻兩端并聯(lián)一個電容,,由于適當容量的電容器對交流信號較小的阻抗,這樣就減小了電阻產(chǎn)生的耦合效應,故稱此電容為去耦電容,。

2)振蕩/同步

包括RC,、LC振蕩器及晶體的負載電容都屬于這一范疇。

3)時間常數(shù)

這就是常見的 R,、C 串聯(lián)構成的積分電路,。當輸入信號電壓加在輸入端時,,電容(C)上的電壓逐漸上升,。而其充電電流則隨著電壓的上升而減小。電流通過電阻(R),、電容(C)的特性通過下面的公式描述:

i = (V/R)e-(t/CR)

我們知道了電容的作用以后下面來談談電容在使用中的注意事項

A. 什么是好電容,。
 

1.電容容量越大越好。

很多人在電容的替換中往往愛用大容量的電容,。我們知道雖然電容越大,,為IC提供的電流補償?shù)哪芰υ綇姟G也徽f電容容量的增大帶來的體積變大,,增加成本的同時還影響空氣流動和散熱,。關鍵在于電容上存在寄生電感,電容放電回路會在某個頻點上發(fā)生諧振,。在諧振點,,電容的阻抗小,。因此放電回路的阻抗最小,補充能量的效果也最好,。但當頻率超過諧振點時,,放電回路的阻抗開始增加,電容提供電流能力便開始下降,。電容的容值越大,,諧振頻率越低,電容能有效補償電流的頻率范圍也越小,。從保證電容提供高頻電流的能力的角度來說,,電容越大越好的觀點是錯誤的,一般的電路設計中都有一個參考值的,。

2.同樣容量的電容,,并聯(lián)越多的小電容越好

耐壓值、耐溫值,、容值,、ESR(等效電阻)等是電容的幾個重要參數(shù),對于ESR自然是越低越好,。ESR與電容的容量,、頻率、電壓,、溫度等都有關系,。當電壓固定時候,容量越大,,ESR越低,。在板卡設計中采用多個小電容并連多是出與PCB空間的限制,這樣有的人就認為,,越多的并聯(lián)小電阻,,ESR越低,效果越好,。理論上是如此,,但是要考慮到電容接腳焊點的阻抗,采用多個小電容并聯(lián),,效果并不一定突出,。

3.ESR越低,效果越好,。

結合我們上面的提高的供電電路來說,,對于輸入電容來說,輸入電容的容量要大一點,。相對容量的要求,,對ESR的要求可以適當?shù)慕档?。因為輸入電容主要是耐壓,其次是吸收MOSFET的開關脈沖,。對于輸出電容來說,,耐壓的要求和容量可以適當?shù)慕档鸵稽c。ESR的要求則高一點,,因為這里要保證的是足夠的電流通過量,。但這里要注意的是ESR并不是越低越好,低ESR電容會引起開關電路振蕩,。而消振電路復雜同時會導致成本的增加,。板卡設計中,這里一般有一個參考值,,此作為元件選用參數(shù),,避免消振電路而導致成本的增加。

4.好電容代表著高品質(zhì),。

“唯電容論”曾經(jīng)盛極一時,,一些廠商和媒體也刻意的把這個事情做成一個賣點。在板卡設計中,,電路設計水平是關鍵,。和有的廠商可以用兩相供電做出比一些廠商采用四相供電更穩(wěn)定的產(chǎn)品一樣,一味的采用高價電容,,不一定能做出好產(chǎn)品,。衡量一個產(chǎn)品,一定要全方位多角度的去考慮,,切不可把電容的作用有意無意的夸大,。

B. 電容爆漿之面面談

爆漿的種類:

分兩類,輸入電容爆漿和輸出電容爆漿,。

對于輸入電容來說,,就是我是說的C1,C1對由電源接收到的電流進行過濾,。輸入電容爆漿和電源輸入電流的品質(zhì)有關,。過多的毛刺電壓,峰值電壓過高,,電流不穩(wěn)定等都使電容過于充放電過于頻繁,長時間處于這類工作環(huán)境下的電容,,內(nèi)部溫度升高很快,。超過泄爆口的承受極限就會發(fā)生爆漿。

對于輸出電容來說,,就我說的C2,,對經(jīng)電源模塊調(diào)整后的電流進行濾波,。此處電流經(jīng)過一次過濾,比較平穩(wěn),,發(fā)生爆漿的可能性相對來說小了不少,。但如果環(huán)境溫度過高,電容同樣容易發(fā)生爆漿,。爆,,報也。采用垃圾東西自然要爆,,報應啊,。欲知過去因者,見其現(xiàn)在果,;欲知未來果者,,見其現(xiàn)在因。

電解電容爆漿的原因:

電容爆漿的原因有很多,,比如電流大于允許的穩(wěn)波電流,、使用電壓超出工作電壓、逆向電壓,、頻繁的充放電等,。但是最直接的原因就是高溫。我們知道電容有一個重要的參數(shù)就是耐溫值,,指的就是電容內(nèi)部電解液的沸點,。當電容的內(nèi)部溫度達到電解液的沸點時,電解液開始沸騰,,電容內(nèi)部的壓力升高,,當壓力超過泄爆口的承受極限就發(fā)生了爆漿。所以說溫度是導致電容爆漿的直接原因,。電容設計使用壽命大約為2萬小時,,受環(huán)境溫度的影響也很大。電容的使用壽命隨溫度的增加而減小,,實驗證明環(huán)境溫度每升高10℃,,電容的壽命就會減半。主要原因就是溫度加速化學反應而使介質(zhì)隨時間退化失效,,這樣電容壽命終結,。為了保證電容的穩(wěn)定性,電容在插板前要經(jīng)過長時間的高溫環(huán)境的測試,。即使是在100℃,,高品質(zhì)的電容也可以工作幾千個小時。同時,我們提到的電容的壽命是指電容在使用過程中,,電容容量不會超過標準范圍變化的10%,。電容壽命指的是電容容量的問題,而不是設計壽命到達之后就發(fā)生爆漿,。只是無法保證電容的設計的容量標準,。

所以,短時期內(nèi),,正常使用的板卡電容就發(fā)生爆漿的情況,,這就是電容品質(zhì)問題。另外,,不正常的使用情況也有可能發(fā)生電容爆漿的情況,。比如熱插拔電腦配件也會導致板卡局部電路電流、電壓的劇烈變化,,從而引發(fā)電容使用故障,。

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