开关电源适配器电路中对电解电容的要求
发布时间:2021-12-24 15:23:40 浏览次数:285 作者:admin 返回列表

开关电源适配器是当今便携数码产品、家用电器的主要电源变换器,为电子设备小型轻便化作出不可磨灭的贡献。电源适配器不断的小型化、轻量化和高效率,在电子设备中使用量越来越大,普及率越来越高。随着电源适配器的高效率、小型化、轻便化和集成电路的迅猛发展,电解电容作为电源适配器电路中的重要组成元器件,也必须实现小型化、高频低阻抗化、长寿命化和耐纹波电流。在开关电源适配器中对铝电解电容器的性能主要有如下要求。

1. 标称静电容量及其允许偏差。

滤波用电解电容器的容量大一些,有利于减小直流电压的纹波。在耐压一定时,电解电容器的标称电容量越大,价格就会越高。为使开关电源适配器的成本尽可能低一些,电解电容器的容量可比用有关公式计算得到的数值稍低一些,作为折中考虑;对于交流市电输入的整流滤波,5W~10W的开关电源用电解电容器,容量可选取4.7~10uF;对于10W-50W的开关电源适配器,按2.0~3.0uF/W的容量选用。如果滤波电解电容器的容量太小,则会使直流电压纹波太大,不仅容易引起开关晶体管损坏,而且会导致功率因素下降、谐波含量增加。电解电容器静电容量的允许偏差可以为±10%,最好为±5%。

2. 损耗角正切值.

在25℃、100Hz下,要求电解电容器的损耗角正切值小于20%(V=300~400V)。在105℃环境中,施加额定工作电压和最大允许纹波电流1000小时后,铝电解电容器的性能在25℃下应符合以下要求:额定电流不大于初期规定值,损耗角正切值不大于初期规定值的200%,静电容量的变化率在初始值的±15%以内。

3. 使用温度范围。

高温工作特性要好。开关电源的温升一般能达到60℃,由于开关电源机壳内的空间较小,散热性能差,在环境温度达到35℃时,开关电源适配器内部元器件的结点温度将达到90℃以上,加上电解电容器自身的热损耗,其表面温度将进一步上升。使用环境温度每升高10℃,铝电解电容器的使用寿命会降低50%。从可靠性和安全性考虑,必须选用使用温度范围为-25~+105℃的高温型铝电解电容器。如果使用温度上限是85℃的普通型电解电容,在高温条件下,由于电容器内部的电解液受热膨胀加剧,压力增大,轻则会引起电解液通过橡皮封口缝隙流出,加速了内部干枯的过程,导致使用寿命缩短;重则会使电容器耐压值大大降低,发生爆裂而失效。

4. 漏电流。

漏电流要小,电解电容器的漏电流偏大,会发生早期失效。若电容器的标称容量是C(单位是uF),额定工作电压为V(单位是V),当C≤33uF时,施加额定工作电压5分钟(25℃下),要求其漏电流I<0.02C×V(uA)。当C≥47uF时,一般要求漏电流I≤3×(C×V根次方)(uA)。

5. 高温特性。

在105℃的环境中,无负荷放置500小时后,在25℃下电容器的性能应符合高温负荷特性所要求的特性规定值。这些就是对铝电解电容的要求和选用这些电容器的规定,这对开关电源的可靠性、安全性及使用寿命来说都是非常有益的。

6. 额定工作电压。

如果电容器上所施加的电压高于额定工作电压,电容器的漏电流将增大,其电气性能在短时间内会劣化直至损坏。根据开关电源适配器中的功率开关管击穿电压选取的原则,对于220V的交流输入电压,若桥式整流输出采用单个电容器滤波,则要求电解电容器的耐压值不低于400V;对于升电压输出的有源功率因数校正电路中的输出滤波电容器,则要求其耐压值不低于450V。如果采用两个等容量的电解电容器串联使用,每个电容器的耐压值可以比单个电容器滤波时的耐压值降低50%,但串联后总容量也会减小50%。当两个电容器串联应用时,为了防止因每个电容器的漏电流不等而影响电压分配,可在每个电容器上并联一只100K~330K欧姆的均电压电阻,以利于电容器在断电时放电。

7. 耐高频脉冲电流能力。

交流损坏要小,任何一个铝电解电容器都可以被视为由一个理想的电容器和一个小电阻串联而成,该串联电阻被称为等效电阻(ESR)。开关电源适配器采用有源功率因数校正电路时,不仅要求有源功率因数校正升电压变换器输出端滤波电容器能承受400V以上的高电压,而且还必须能流过频率为25~200KHz的高频脉冲电路。高频脉冲电流在对铝电解电容器充电及放电的过程中,会产生热消耗,引起脉动温升,所以,要求电容器的串联等效电阻(ESR)要小,即热损耗要低。

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