开关电源适配器对电解电容器的选用问题
发布时间:2023-03-08 15:22:19 浏览次数:1474 作者:admin 返回列表

铝电解电容是由一层阳极铝箔,一层阴极铝箔和绝缘介质组成的。它的绝缘介质一般是铝酸溶液。铝电解电容是在开关电源适配器电路里不可缺少的一种元器件,它的质量好坏也是整个开关电源质量好坏的关键。如果对它的功能特性、选用原则不十分了解,很难在电子设备中发挥它的作用,甚至可能起到相反的作用。设计工程师必须把握铝电解电容的电气参数与性能特点,才能正确地设计出高品质开关电源适配器和其他电子产品。

一、铝电解电容的功能特性

铝电解电容和其他电容一样,也有传递电能、滤除交流的作用。常常用于温度、湿度、工作电压以及频率的影响,使电容的寿命、效果发生质的变化,因此,提高铝电解电容的质量、缩小体积是所有生产厂家主攻的难题。他们在生产工艺上采用了许多新技术,其中有扩大电极箔的蚀刻倍率、开发耐热性能好的高电导率电解液;提高电解体隔膜的化学性能和热稳定性;采用高气密性、耐腐蚀、耐高温的封口材料;对生产工艺和监测环节采用全程自动化跟踪生产,以提高产品的质量。影响铝电解电容的是温度和随着时间而延长的电解液的导电性能,它们影响铝电解电容的工作电压和体积的蚀刻倍率,因此增大电解体的有效表面积,增大电极箔的单位面积,是增加电容静电容量,提高电容极片的耐压等级的主要手段。

铝电解电容的电解液是通过高沸点溶液媒介和电离子离解度物质溶合并添加高温稳定剂而成的。电解电容的封口衬垫用来控制电容里的电解质溶液挥发而设定的,衬垫材料的选择对电容的寿命至关重要。铝电解电容的性能主要决定于电解液的性能、阳极箔蚀刻倍率以及封口材料等因素。

二、铝电解电容的电气参数

1)额定工作电压

铝电解电容的额定(直流)工作电压是衡量电容工作的环境,如果电路施加在电容的最高峰电压高于电容的额定电压,电容器的漏电流将增大,传递电能的能力将下降,电气特性将会破坏,严重超压时,在很短的时间使电容爆裂损坏。

2)标称静电容量及允许偏差

开关电源整流滤波的电容量较大,而且是随着输出功率的变化而改变的,它是为减小整流后的电压纹波而设立的,起着平波作用。在电容的额定电压一定时,电容的容量越大,体积越大,价格也越高。如果滤波电解电容量太小,不仅对直流纹波电压起不到滤波的作用,还会引起开关管的损坏,很可能会导致输出波峰电流超过安全标准。开关电源适配器对电解电容器容量偏差有严格的要求,一般允许偏差±10%,高级的电源为±5%。

3)使用温度范围

开关电源的温升一般只能达到60℃,由于电源脱壳内部有限,元器件排列拥挤,散热条件较差,当环境温度超过35℃时,开关电源壳内温升超过80℃,加上电解电容器自身的热量,电容表面温度会超过90℃,这对电解电容器的质量是一个很大考验。从可靠性和安全性考虑,注意电容器标明的温度范围。除此以外,还要注意电容器内部电解液受温度影响,通过封口,从缝隙可看到漏逃逸的程度。还要求具有防爆装置。

4)漏电流

漏电流是所用电容的一个重要技术指标,如果漏电流偏大,电容的容量将随着时间的延长急剧减小,使寿命也越来越短,对整个电源的使用时间产生重大影响,铝电解电容将漏电流视为生命电流,可见漏电流的大小非同一般。

5)损耗角正切值

电容的损耗角正切值是电容容抗的一种表述,电子电路有阻抗、容抗和感抗,统称为电抗,损耗角正切是功率损耗一个参量。

6)耐高频脉冲电流能力

任何一只电解电容,把它视为一个理想的电容器电抗与一只电阻串联,当开关电源适配器采用APFC电路时,要求APFC变换器输出的滤波电容不仅能承受400V以上的直流高压,而且还必须能通100kHz以上的脉冲电流,这种高频脉冲电流在对电解电容进行充放电的过程中,将会产生大量的热耗损失,并使电解电容温度升高,这种升温的高低,就是ESR技术指标,ESR愈小,电容器耐高频脉冲电流的能力愈强。

7)高温储存特性

电解电容放在105℃无负载的环境中,经过720小时,再骤降至25℃,电容器的静电容电量的变化率在初始值±15%以内;额定电流等于初始规定值;电容的漏电电流不发生明显的改变。

三、铝电解电容的选用问题

根据开关电源适配器电路各个回路工作区域的不同,结合铝电解电容的功能特性和技术参数,对铝电解电容的选用作如下规定:

1)额定工作电压的确定。对于交流输入用于单个电容器直流滤波,则要求电解电容器的耐压不低于最高输入电压的√2(√表示根号)倍。如果开关电源采用APFC升压式有源功率因数调整输出滤波电容器,要求电容器的耐压不低于输入电压最大值的√2.8((√表示根号)倍。其他用于滤波的电容耐压大于1.2倍的输出电压。

2)电容容量选择计算。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,对电源桥式整流输出的脉动电压有稳压作用,使开关功率管在工作区域里,发挥最大的脉冲调制和功率驱动作用,其电容容量的大小与输出功率有一定关系,对于5~10W开关电源用电解电容按1.47uF/W计算选用;对于10~50W的开关电源,按2.0uF/W的容量计算选用;对于50~100W的开关电源,按2.5uF/W的容量计算选用;对100~150W的开关电源,按3.0uF/W的容量计算选用。值得注意的是,有些开关源的功率因数和电源谐波含量达不到技术指标,设计工程师不知所措,其原因就是电源滤波电容容量大小所致。电解电容静电容的允许偏差一般选用±10%,要求高的开关电源可选用±5%。

3)电容器使用温度的考虑。开关电源所有的元器件都处在比较高的温度环境下工作,电解电容属于高发热元件,仅次于振荡变压器和开关功率管,如果电解电容的标称温度选用低了,不但是降低了开关电源技术指标,还使电源的使用寿命大大缩短,严重时将会产生爆炸。因此,从可靠性与安全性考虑,电解电容必须选用-25~+105℃的高温型铝质电容。对直径大于8mm的中高压高温型铝电解电容,要求具有防爆结构或防爆装置。

4)漏电流的估算与测试。如果电解电容的漏电流偏大,电容会发生早期失效,开关电源的输出电压偏低,波动加大,这是常见的现象。在选用时,对电容必须进行测试。如果没有电容参数测试仪,可用普通万用表R×1k电阻挡进行测量,指针偏离越大,接近“0”停留时间越长,说明电容越大,然后,缓慢回到“∞”位置,距离“∞”位置越近,则漏电流越小,相反漏电流越大。除此以外,还可对电解电容漏电流估算:当电容C=33uF时,其漏电流I≤0.02CV;当电容量C≥49uF时,I≤3√CV((√表示根号)。C是电容容量,单位是uF,电压V的单位是V(伏特)。

   总之,选择铝电解电容器时要考虑电容的额定容量,其次是耐压,再次是标称温度,最后是漏电流。凡是能经受住各种试验检验的铝电解电容器,在开关电源适配器的实际应用中很少会损坏。


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