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电源模块对电解电容的性能要求

电源模块对电解电容的性能要求

2019-07-20

中小功率开关电源和大功率开关电源尽管开关频率不同,整流滤波电容的作用基本相同,主要利用滤波电容吸收开关频率及其高次谐波频率的电流分量而滤除其纹波电压分量。

 

电解电容是电源模块中一次和二次回路滤波电路中最重要的器件之一,其等效电路可以认为是理想电容与寄生电感、等效串联电阻的串联电解电容多数采用卷绕结构,很容易扩大体积,单位体积电容量非常大,比其它电容大几倍到几十倍。电容量体积是成正比的开关电源越来越趋向高效率和模块化,需要新的方法来获得大电容量小体积的电容。

 

在开关电源的原边一旦采用有源滤波器电路,铝电解电容的使用环境会变得更为恶劣。如高频脉冲电流主要是20 kHz~100kHz的脉动电流,且会大幅度增加。电源变换器的主开关管发热,会导致铝电解电容的周围温度升高。

 

电源变换器多数采用升压电路,要求耐高压的铝电解电容。假如利用以往技术制造铝电解电容,由于要吸收比以往更大的脉动电流,不得不选择大尺寸的电容。从而导致电源体积增大,难以用于小型电子设备。因此,为了满足电源模块需求必须开发新型电解电容,要求体积小、大容量、耐高压、高频低阻抗、耐纹波电流。并且在高温环境下工作,要求长寿命。

 

在开关电源设计过程中,不可避免地要挑选合适的电容。从100μF以上的中大容量产品来,铝电解电容价格便宜,使用广泛。但是最近几年避免使用铝电解电容的情况正在增加。 因为铝电解电容的寿命对产品影响很大,所以电源模块厂家很多对于铝电解电容这种寿命的元件,都想尽量避免使用。

 

电解电容的寿命与工作环境温度有直接关系,温度越高,电容寿命越短。普通的电解电容在环境温度为90℃损坏但是现在有很多种类的电解电容的工作环境温度已经很高在环境温度为90℃,通过电解电容的交流电流和额定脉冲电流的比为0.5时,寿命仍然为10000h但是如果温度上升到95℃时,电解电容也会损坏。

 

在选择电容的时候,应该根据具体的环境温度和其它参数指标来选定,如果忽略了环境温度对电容寿命的影响,那么电源的可靠性稳定性将大大降低,甚至损坏设备。一般情况,电解电容工作在环境温度为80℃时,能达到10000h寿命的要求。 

 

电解电容的寿命还与电容长时间工作的交流电流与额定脉冲电流的比值有关一般是指在85℃的环境温度下测试值,耐高温的电解电容在125℃时测试的数据。这个比值越大,电解电容的寿命越短,当流过电解电容的电流为额定电流的3.8倍时,电解电容一般都已经损坏。对于一般应用,当交流电流与额定脉冲电流的比值在3.0倍以下时,对于寿命的要求已经满足。

 

一般来说,ACDC电源模块中电解电容是必不可少的关键器件,但是电解电容内部损耗大、静电容量误差大、漏电流大、高低温特性差等问题,会导致可靠性差和寿命短。而无电解电容的ACDC电源模块通常采用陶瓷电容代替,从而增强了电源可靠性和延长使用寿命。

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