開關電源適配器對電解電容器的選用問題
                        發布時間:2023-03-08 15:22:19 瀏覽次數:1463 作者:admin 返回列表

                        鋁電解電容是由一層陽極鋁箔,一層陰極鋁箔和絕緣介質組成的。它的絕緣介質一般是鋁酸溶液。鋁電解電容是在開關電源適配器電路里不可缺少的一種元器件,它的質量好壞也是整個開關電源質量好壞的關鍵。如果對它的功能特性、選用原則不十分了解,很難在電子設備中發揮它的作用,甚至可能起到相反的作用。設計工程師必須把握鋁電解電容的電氣參數與性能特點,才能正確地設計出高品質開關電源適配器和其他電子產品。

                        一、鋁電解電容的功能特性

                        鋁電解電容和其他電容一樣,也有傳遞電能、濾除交流的作用。常常用于溫度、濕度、工作電壓以及頻率的影響,使電容的壽命、效果發生質的變化,因此,提高鋁電解電容的質量、縮小體積是所有生產廠家主攻的難題。他們在生產工藝上采用了許多新技術,其中有擴大電極箔的蝕刻倍率、開發耐熱性能好的高電導率電解液;提高電解體隔膜的化學性能和熱穩定性;采用高氣密性、耐腐蝕、耐高溫的封口材料;對生產工藝和監測環節采用全程自動化跟蹤生產,以提高產品的質量。影響鋁電解電容的是溫度和隨著時間而延長的電解液的導電性能,它們影響鋁電解電容的工作電壓和體積的蝕刻倍率,因此增大電解體的有效表面積,增大電極箔的單位面積,是增加電容靜電容量,提高電容極片的耐壓等級的主要手段。

                        鋁電解電容的電解液是通過高沸點溶液媒介和電離子離解度物質溶合并添加高溫穩定劑而成的。電解電容的封口襯墊用來控制電容里的電解質溶液揮發而設定的,襯墊材料的選擇對電容的壽命至關重要。鋁電解電容的性能主要決定于電解液的性能、陽極箔蝕刻倍率以及封口材料等因素。

                        二、鋁電解電容的電氣參數

                        1)額定工作電壓

                        鋁電解電容的額定(直流)工作電壓是衡量電容工作的環境,如果電路施加在電容的最高峰電壓高于電容的額定電壓,電容器的漏電流將增大,傳遞電能的能力將下降,電氣特性將會破壞,嚴重超壓時,在很短的時間使電容爆裂損壞。

                        2)標稱靜電容量及允許偏差

                        開關電源整流濾波的電容量較大,而且是隨著輸出功率的變化而改變的,它是為減小整流后的電壓紋波而設立的,起著平波作用。在電容的額定電壓一定時,電容的容量越大,體積越大,價格也越高。如果濾波電解電容量太小,不僅對直流紋波電壓起不到濾波的作用,還會引起開關管的損壞,很可能會導致輸出波峰電流超過安全標準。開關電源適配器對電解電容器容量偏差有嚴格的要求,一般允許偏差±10%,高級的電源為±5%。

                        3)使用溫度范圍

                        開關電源的溫升一般只能達到60℃,由于電源脫殼內部有限,元器件排列擁擠,散熱條件較差,當環境溫度超過35℃時,開關電源殼內溫升超過80℃,加上電解電容器自身的熱量,電容表面溫度會超過90℃,這對電解電容器的質量是一個很大考驗。從可靠性和安全性考慮,注意電容器標明的溫度范圍。除此以外,還要注意電容器內部電解液受溫度影響,通過封口,從縫隙可看到漏逃逸的程度。還要求具有防爆裝置。

                        4)漏電流

                        漏電流是所用電容的一個重要技術指標,如果漏電流偏大,電容的容量將隨著時間的延長急劇減小,使壽命也越來越短,對整個電源的使用時間產生重大影響,鋁電解電容將漏電流視為生命電流,可見漏電流的大小非同一般。

                        5)損耗角正切值

                        電容的損耗角正切值是電容容抗的一種表述,電子電路有阻抗、容抗和感抗,統稱為電抗,損耗角正切是功率損耗一個參量。

                        6)耐高頻脈沖電流能力

                        任何一只電解電容,把它視為一個理想的電容器電抗與一只電阻串聯,當開關電源適配器采用APFC電路時,要求APFC變換器輸出的濾波電容不僅能承受400V以上的直流高壓,而且還必須能通100kHz以上的脈沖電流,這種高頻脈沖電流在對電解電容進行充放電的過程中,將會產生大量的熱耗損失,并使電解電容溫度升高,這種升溫的高低,就是ESR技術指標,ESR愈小,電容器耐高頻脈沖電流的能力愈強。

                        7)高溫儲存特性

                        電解電容放在105℃無負載的環境中,經過720小時,再驟降至25℃,電容器的靜電容電量的變化率在初始值±15%以內;額定電流等于初始規定值;電容的漏電電流不發生明顯的改變。

                        三、鋁電解電容的選用問題

                        根據開關電源適配器電路各個回路工作區域的不同,結合鋁電解電容的功能特性和技術參數,對鋁電解電容的選用作如下規定:

                        1)額定工作電壓的確定。對于交流輸入用于單個電容器直流濾波,則要求電解電容器的耐壓不低于最高輸入電壓的√2(√表示根號)倍。如果開關電源采用APFC升壓式有源功率因數調整輸出濾波電容器,要求電容器的耐壓不低于輸入電壓最大值的√2.8((√表示根號)倍。其他用于濾波的電容耐壓大于1.2倍的輸出電壓。

                        2)電容容量選擇計算。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,對電源橋式整流輸出的脈動電壓有穩壓作用,使開關功率管在工作區域里,發揮最大的脈沖調制和功率驅動作用,其電容容量的大小與輸出功率有一定關系,對于5~10W開關電源用電解電容按1.47uF/W計算選用;對于10~50W的開關電源,按2.0uF/W的容量計算選用;對于50~100W的開關電源,按2.5uF/W的容量計算選用;對100~150W的開關電源,按3.0uF/W的容量計算選用。值得注意的是,有些開關源的功率因數和電源諧波含量達不到技術指標,設計工程師不知所措,其原因就是電源濾波電容容量大小所致。電解電容靜電容的允許偏差一般選用±10%,要求高的開關電源可選用±5%。

                        3)電容器使用溫度的考慮。開關電源所有的元器件都處在比較高的溫度環境下工作,電解電容屬于高發熱元件,僅次于振蕩變壓器和開關功率管,如果電解電容的標稱溫度選用低了,不但是降低了開關電源技術指標,還使電源的使用壽命大大縮短,嚴重時將會產生爆炸。因此,從可靠性與安全性考慮,電解電容必須選用-25~+105℃的高溫型鋁質電容。對直徑大于8mm的中高壓高溫型鋁電解電容,要求具有防爆結構或防爆裝置。

                        4)漏電流的估算與測試。如果電解電容的漏電流偏大,電容會發生早期失效,開關電源的輸出電壓偏低,波動加大,這是常見的現象。在選用時,對電容必須進行測試。如果沒有電容參數測試儀,可用普通萬用表R×1k電阻擋進行測量,指針偏離越大,接近“0”停留時間越長,說明電容越大,然后,緩慢回到“∞”位置,距離“∞”位置越近,則漏電流越小,相反漏電流越大。除此以外,還可對電解電容漏電流估算:當電容C=33uF時,其漏電流I≤0.02CV;當電容量C≥49uF時,I≤3√CV((√表示根號)。C是電容容量,單位是uF,電壓V的單位是V(伏特)。

                           總之,選擇鋁電解電容器時要考慮電容的額定容量,其次是耐壓,再次是標稱溫度,最后是漏電流。凡是能經受住各種試驗檢驗的鋁電解電容器,在開關電源適配器的實際應用中很少會損壞。


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