開關電源適配器電路中對電解電容的要求
                        發布時間:2021-12-24 15:23:40 瀏覽次數:1658 作者:admin 返回列表

                        開關電源適配器是當今便攜數碼產品、家用電器的主要電源變換器,為電子設備小型輕便化作出不可磨滅的貢獻。電源適配器不斷的小型化、輕量化和高效率,在電子設備中使用量越來越大,普及率越來越高。隨著電源適配器的高效率、小型化、輕便化和集成電路的迅猛發展,電解電容作為電源適配器電路中的重要組成元器件,也必須實現小型化、高頻低阻抗化、長壽命化和耐紋波電流。在開關電源適配器中對鋁電解電容器的性能主要有如下要求。

                        1. 標稱靜電容量及其允許偏差。

                        濾波用電解電容器的容量大一些,有利于減小直流電壓的紋波。在耐壓一定時,電解電容器的標稱電容量越大,價格就會越高。為使開關電源適配器的成本盡可能低一些,電解電容器的容量可比用有關公式計算得到的數值稍低一些,作為折中考慮;對于交流市電輸入的整流濾波,5W~10W的開關電源用電解電容器,容量可選取4.7~10uF;對于10W-50W的開關電源適配器,按2.0~3.0uF/W的容量選用。如果濾波電解電容器的容量太小,則會使直流電壓紋波太大,不僅容易引起開關晶體管損壞,而且會導致功率因素下降、諧波含量增加。電解電容器靜電容量的允許偏差可以為±10%,最好為±5%。

                        2. 損耗角正切值.

                        在25℃、100Hz下,要求電解電容器的損耗角正切值小于20%(V=300~400V)。在105℃環境中,施加額定工作電壓和最大允許紋波電流1000小時后,鋁電解電容器的性能在25℃下應符合以下要求:額定電流不大于初期規定值,損耗角正切值不大于初期規定值的200%,靜電容量的變化率在初始值的±15%以內。

                        3. 使用溫度范圍。

                        高溫工作特性要好。開關電源的溫升一般能達到60℃,由于開關電源機殼內的空間較小,散熱性能差,在環境溫度達到35℃時,開關電源適配器內部元器件的結點溫度將達到90℃以上,加上電解電容器自身的熱損耗,其表面溫度將進一步上升。使用環境溫度每升高10℃,鋁電解電容器的使用壽命會降低50%。從可靠性和安全性考慮,必須選用使用溫度范圍為-25~+105℃的高溫型鋁電解電容器。如果使用溫度上限是85℃的普通型電解電容,在高溫條件下,由于電容器內部的電解液受熱膨脹加劇,壓力增大,輕則會引起電解液通過橡皮封口縫隙流出,加速了內部干枯的過程,導致使用壽命縮短;重則會使電容器耐壓值大大降低,發生爆裂而失效。

                        4. 漏電流。

                        漏電流要小,電解電容器的漏電流偏大,會發生早期失效。若電容器的標稱容量是C(單位是uF),額定工作電壓為V(單位是V),當C≤33uF時,施加額定工作電壓5分鐘(25℃下),要求其漏電流I<0.02C×V(uA)。當C≥47uF時,一般要求漏電流I≤3×(C×V根次方)(uA)。

                        5. 高溫特性。

                        在105℃的環境中,無負荷放置500小時后,在25℃下電容器的性能應符合高溫負荷特性所要求的特性規定值。這些就是對鋁電解電容的要求和選用這些電容器的規定,這對開關電源的可靠性、安全性及使用壽命來說都是非常有益的。

                        6. 額定工作電壓。

                        如果電容器上所施加的電壓高于額定工作電壓,電容器的漏電流將增大,其電氣性能在短時間內會劣化直至損壞。根據開關電源適配器中的功率開關管擊穿電壓選取的原則,對于220V的交流輸入電壓,若橋式整流輸出采用單個電容器濾波,則要求電解電容器的耐壓值不低于400V;對于升電壓輸出的有源功率因數校正電路中的輸出濾波電容器,則要求其耐壓值不低于450V。如果采用兩個等容量的電解電容器串聯使用,每個電容器的耐壓值可以比單個電容器濾波時的耐壓值降低50%,但串聯后總容量也會減小50%。當兩個電容器串聯應用時,為了防止因每個電容器的漏電流不等而影響電壓分配,可在每個電容器上并聯一只100K~330K歐姆的均電壓電阻,以利于電容器在斷電時放電。

                        7. 耐高頻脈沖電流能力。

                        交流損壞要小,任何一個鋁電解電容器都可以被視為由一個理想的電容器和一個小電阻串聯而成,該串聯電阻被稱為等效電阻(ESR)。開關電源適配器采用有源功率因數校正電路時,不僅要求有源功率因數校正升電壓變換器輸出端濾波電容器能承受400V以上的高電壓,而且還必須能流過頻率為25~200KHz的高頻脈沖電路。高頻脈沖電流在對鋁電解電容器充電及放電的過程中,會產生熱消耗,引起脈動溫升,所以,要求電容器的串聯等效電阻(ESR)要小,即熱損耗要低。

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