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大功率开关电源设计中电容的特性分析

时间:2022-08-06     【原创】

       许多电子设计者都知道滤波电容在电源中起的作用,但在大功率开关电源输出端用的滤波电容上,与工频电路中选用的滤波电容并不一样,在工频电路中用作滤波的普通电解电容器,其上的脉动电压频率仅有100 赫兹,充放电时间是毫秒数量级,为获得较小的脉动系数,需要的电容量高达数十万微法,因而一般低频用普通铝电解电容器制造,目标是以提高电容量为主,电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。


       在大功率开关电源中作为输出滤波用的电解电容器,其上锯齿波电压的频率高达数十千赫,甚至数十兆赫,它的要求和低频应用时不同,电容量并不是主要指标,衡量它好坏的则是它的阻抗一频率特性,要求它在大功率开关电源的工作频段内要有低的阻抗,同时,对于电源内部,由于半导体器件开始工作所产生高达数百千赫的尖峰 噪声,亦能有良好的滤波作用,一般低频用普通电解电容器在10 千赫左右,其阻抗便开始呈现感性,无法满足开关电源使用要求。


       大功率开关电源专用的高频铝电解电容器,它有四端个子,正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极,负极铝片的两端也分别引出作为负极。稳压电源的电流从四端 电容的一个正端流入,经过电容内部,再从另一个正端流向负载;从负载返回的电流也从电容的一个负端流入,再从另一个负端流向电源负端。


       因为四端电容具有良好的高频特性,它为减小输出电压的脉动分量以及抑制开关尖峰噪声提供了极为有利的手段。高频铝电解电容器还有多芯的形式,它将铝箔分成较短的若干小段,用多引出片并联连接以减小容抗中的电阻成份,同时,采用低电阻率的材料并用螺杆作为引出端子,以增强电容器承受大电流的能力。


       叠片电容也称为无感电容,一般电解电容器的芯子都卷成圆柱形,等效串联电感较大;叠片电容的结构和书本相仿,因流过电流产生的磁通方向相反而被抵消,因而降低了电感的数值,具有更为优良的高频特性,这种电容一般做成方形,便于固定,还可以适当减小占机体积。此外,还有一种大功率开关电源将四端和叠片相结合的四端叠片式高频电解电容器,它综合了两者的优点,高频特性更佳。 

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