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正確選擇濾波電容器的幾要素
近年來,隨著電容器設(shè)計、制造水平的提高,鋁箔折邊、壓力注油、壓力浸漬等工藝的廣泛采用,整個國內(nèi)電力電容器行業(yè)已形成了以全膜電力電容器產(chǎn)品為主導(dǎo)、多種新產(chǎn)品并存的主要格局。目前國外可以生產(chǎn)的產(chǎn)品品種,國內(nèi)企業(yè)基本都可生產(chǎn),并且有一部分產(chǎn)品已達到水平,一部分優(yōu)勢企業(yè)已開始國際市場并取得了不俗的戰(zhàn)績。主要電力電容器產(chǎn)品的技術(shù)現(xiàn)狀: 選用電容器的工作電壓應(yīng)符合電路要求。一般情況下,選用電容器的額定電壓應(yīng)是實際工作電壓的1.2~1.3 倍。對于工作環(huán)境溫度較高或穩(wěn)定性較差的電路,選用電容器的額定電壓應(yīng)考慮降額使用,留有更大的余量才好。高可靠性開關(guān)電源是一種采用開關(guān)式控制的直流穩(wěn)壓電源,它以小型、輕量和高1效率的特點被廣泛應(yīng)用于各種通信設(shè)備、家用電器、計算機及其終端設(shè)備。若電容器所在電路中的工作電壓高于電容器的額定電壓,往往電容器極易發(fā)生擊穿現(xiàn)象,使整個電路無法正常工作。電容器的額定電壓一般是指直流電壓,若要用于交流電路,應(yīng)根據(jù)電容器的特性及規(guī)格選用;若要用于脈動電路,則應(yīng)按交、直流分量總和不得超過電容器的額定電壓來選用。
電容器的紋波電流
2、電容器的紋波電流
紋波電流是指流過電容器電流的交流部分。不同應(yīng)用電路中的紋波電流有其具體形態(tài),例如通常認為開關(guān)變換器中流過電容器的紋波電流是指直流電流的微小波動。但是無論那種形態(tài)的紋波電流都會使電容器發(fā)熱,電容器應(yīng)該工作在允許內(nèi)部核心溫度之內(nèi),否則將導(dǎo)致電容器很快損壞。如果工作溫度接近允許內(nèi)部核心溫度而不超過它,這樣電容器雖然不會馬上損壞,但是會急劇縮短電容器的使用壽命。(5)安裝地點的溫度檢查和電容器外殼上最熱點溫度的檢查可以通過水1銀溫度計等進行,并且做好溫度記錄(特別是夏季)。CDE鋁電解電容器負載壽命使用說明書中指出,電容器工作在允許內(nèi)部核心溫度時的壽命一般為1000到15,000小時,也是6周到1.7年。
高溫、長壽命化
在開關(guān)電源設(shè)計過程中,不可避免地要挑選適用的電容。就100μF以上的中、大容量產(chǎn)品來說,因為鋁電解電容的價格便宜,所以,迄今使用廣泛。
電解電容器的壽命與電容器長期工作的環(huán)境溫度有直接關(guān)系,溫度越高,電容器的壽命越短。普通的電解電容器在環(huán)境溫度為90℃時已經(jīng)損壞,如:EPCOS B41303,B43303等型號的電解電容器。
高頻低阻抗化
對于中小輸出功率開關(guān)電源的工作頻率除少數(shù)因價格限制而仍采用20~40kHz外,大多數(shù)均在50kHz以上;也可以采用多只小容量鋁電解電容器的并聯(lián)方式,還可以選用紋波電流低的電路拓撲結(jié)構(gòu)。DC/DC電源模塊大多在300kHz以上;大功率開關(guān)電源的開關(guān)頻率受主開關(guān)(一般采用IGBT)的開關(guān)速度限制而一般在20~40kHz。
盡管開關(guān)頻率有所不同,但是開關(guān)電源的輸出整流濾波電容器的作用基本相同,主要是通過利用濾波電容器吸收開關(guān)頻率及其高次諧波頻率的電流分量而濾除其紋波電壓分量。
在開關(guān)電源輸出端用的濾波電容,與工頻電路中選用的濾波電容并不一樣,在工頻電路中用作濾波的普通電解電容器,其上的脈動電壓頻率僅有100Hz,充放電時間是毫秒數(shù)量級,為獲得較小的脈動系數(shù),需要的電容量高達數(shù)十萬微法,因而一般低頻用普通鋁電解電容器制造目標(biāo)是以提高電容量為主,電容器的電容量、損耗角正切值以及漏電流是鑒別其優(yōu)劣的主要參數(shù)。表1是各種開關(guān)變換器電路拓撲的直流電流、整流濾波的紋波電流、開關(guān)變換電流和濾波電容上的總紋波電流。
在開關(guān)穩(wěn)壓電源中作為輸出濾波用的電解電容器,由于大多數(shù)的開關(guān)電源工作在方波或矩形波的狀態(tài),含有及其豐富的高次諧波電壓與電流,其上鋸齒波電壓的頻率高達數(shù)十千赫,甚至數(shù)十兆赫,它的要求和低頻應(yīng)用時不同,電容量并不是主要指標(biāo),衡量它好壞的則是它的阻抗頻率特性,如圖3所示。補償電容在振蕩電路中,能使振蕩信號的頻率范圍得到擴大的電容,它與主電容并聯(lián)起輔助作用。