如何通过技巧快速进行选型?电源设计浅谈

ZLG致远电子 2018-03-10 09:34 次阅读

电容是开关电源中的再普通不过的器件,它可以用来降低纹波噪声,可以用来提高电源的稳定性以及瞬态响应性,然而,电容的种类繁多,如何通过技巧快速进行选型,而产品可靠性又高,性能又稳定呢?

1、电容种类的了解

对电容种类的大致了解,在选择电容时有助于对电容种类的快速筛选。

电容种类较多,如图1所示,按封装分有贴片电容、插件电容,按介质分有陶瓷电容,钽电容,电解电容、云母电容、薄膜电容等,按结构形势分,有固定电容、半固定电容、可变电容。

图1 常见的电容类型

电容种类的繁多,让人容易患选择综合症,但不用忧虑,在开关电源中,我们使用最多的就是陶瓷电容,电解电容和钽电容,了解了电容的种类接下来是了解电容的一些性能参数。

2、电容关键参数的认识

了解电容的内在关键参数,才能快速选型,可靠使用,所有的电容的关键参数都是一样的,包括电容容值、电容的耐压值、电容的ESR、电容容值精度、电容允许的工作温度范围。

3、开关电源中电容的选型要了解电容本身特性

在开关电源设计中,使用频率最高的电容是陶瓷电容、电解电容、钽电容,需要了解它们的特性差异才能快速的进行选择。

  • 陶瓷电容容值较小,高频特性好,工作温度范围较广,ESR较电解电容小,体积小,没有极性;

  • 电解电容容值可以做大,但工作温度范围较窄,ESR较大,有极性;

  • 钽电容ESR最小,容值可比陶瓷电容大一些,有极性,安规性能差,容易起火。

了解了以上三种电容的特性,在使用它们的时候就可以游刃有余。

4、开关电源中电容的选型还要了解使用环境

电容的使用环境还分电路内部环境和电路外部环境,电路内部环境包括频率、电压值、电流值、电容在电路中的主要作用等;根据电路频率可以确定电容种类;根据电压值可以确定选型电容的耐压值;在电路中的主要作用可以用来参考选型电容的容值等;根据电路外部使用环境对电容进行选型,产品工作的环境温度,安规要求等,都可以用来缩小电容选择范围。电容的选型不当,在应用中会出现爆浆、电解液干涸等现象,最终导致电源失效。如下图2所示。

图2 电解电容损坏

5、开关电源中部分电路电容选型举例

(1)吸收电路的电容选型,如下图3所示,在开关电源中,在MOS管或二极管上并联电容吸收尖峰是很常见的电路,那么这颗电容该如何去选择呢?首先,考虑电路环境,即电容上可能承受的最大电压应力,可以确定电容的耐压值选;其次,作为吸收电路,容值不能太大,太大会影响整机效率,故容值一般使用PF级别电容,电容的高频特性要好,根据这些特点,选择陶瓷电容是最理想的;然而陶瓷电容还分NPO,COG材质,根据温度特性还分X5R、X7R等,无需愁,只要了解了电路环境对使用电容的精度要求及温度要求,这些都可迎刃而解,在这种吸收电路中,对电容精度要求不高,一般的COG材质的电容可以满足。

图3 吸收电路电容应用

(2)启动电路,以芯片3843为例,用RC启动,如图4所示,C值一般用到uF级别的电容,且温度特性要好,要不然在温度变化时,容值不够,会启动不良,在此可以选择钽电容和陶瓷电容;但是,钽电容有一个问题就是不符合安规要求,如果要过安规认证,就只能选择陶瓷电容。

图4 启动电路电容应用

(3)滤波电路电容选择,已常见的滤波电路为例,见图5,根据电路中电容两端电压确定耐压值,如输出电压24V,就不能选择15V或是25V耐压值的电容,电路中最大电流可以用来确定容值,电流大需要得到更小纹波,就要选择大容量的电容,滤波电路中,电容值可以用纯陶瓷、纯电解电容,或是电解电容混合陶瓷电容一起使用。

图5 滤波电路电容应用

6、汽车级电源使用电容选型举例

汽车级电源电容选型就涉及到使用环境对电容的筛选,汽车级电源工作环境温度较一般的工业级电源要求高,工作温度要求达到125℃,所以电容选型是要选择温度特性好、耐高温、安规性能好的电容。

小结:

电容的选用技巧无非就是了解常用的几种电容特性以及电容在电路中的应用环境、产品使用环境特性,在设计电源时,有上述几个角度出发考虑电容的选型,如果选用成品电源,不管是模块电源、普通开关电源、电源适配器等,这部分的工作一般都由电源设计厂家完成。

ZLG致远电子自主研发、生产的隔离电源模块已有近20年的行业积累,目前产品具有宽输入电压范围,隔离1000VDC、1500VDC、3000VDC及6000VDC等多个系列,封装形式多样,兼容国际标准的SIP、DIP等封装。同时致远电子为保证电源产品性能建设了行业内一流的测试实验室,配备最先进、齐全的测试设备,全系列隔离DC-DC电源通过完整的EMC测试,静电抗扰度高达4KV、浪涌抗扰度高达2KV,可应用于绝大部分复杂恶劣的工业现场,为用户提供稳定、可靠的电源隔离解决方案。

 

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原文标题:电源设计经验:电容选型篇

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