datasheet

有了这几个指标,电解电容选型就有谱了

2019-06-12来源: EEWORLD关键字:电解电容  电容量

电解电容器是开关电源中一次和二次回路滤波电路中最重要的器件之一。通常,电解电容器的等效电路可以认为是理想电容器与寄生电感、等效串联电阻的串联,如图1所示。


图1 电解电容器的等效电路


众所周知,开关电源是当今信息家电设备的主要电源,为电子设备小型轻便化作出不可磨灭的贡献。开关电源不断的小型化、轻量化和高效率,在电子设备中使用量越来越大,普及率越来越高。相应的就要求电解电容器小型大容量化,耐纹波电流,高频低阻抗化,高温度长寿命化和更适应高密度组装。


电容量与体积


由于电解电容器多数采用卷绕结构,很容易扩大体积,因此单位体积电容量非常大,比其它电容大几倍到几十倍。但是大电容量的获取是以体积的扩大为代价的,现代开关电源要求越来越高的效率,越来越小的体积,因此,有必要寻求新的解决办法,来获得大电容量、小体积的电容器。


在开关电源的原边一旦采用有源滤波器电路,则铝电解电容器的使用环境变得比以前更为严酷:


(1)高频脉冲电流主要是20 kHz~100kHz的脉动电流,而且大幅度增加;

(2)变换器的主开关管发热,导致铝电解电容器的周围温度升高;

(3)变换器多采用升压电路,因此要求耐高压的铝电解电容器。这样一来,利用以往技术制造的铝电解电容器,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器。结果,使电源的体积庞大,难以用于小型化的电子设备。为了解决这些难题,必须研究与开发一种新型的电解电容器,体积小、耐高压,并且允许流过大量高频脉冲电流。另外,这种电解电容器,在高温环境下工作,工作寿命还须比较长。


承受温度与寿命


在开关电源设计过程中,不可避免地要挑选适用的电容。就100μF以上的中、大容量产品来说,因为铝电解电容的价格便宜,所以,迄今使用的最为广泛。但是, 最近几年却发生了显著变化,避免使用铝电解电容的情况正在增加。 出现这种变化的一个原因是,铝电解电容的寿命往往会成为整个设备的薄弱环节。电源模块制造厂家的工程师表示:“对于铝电解电容这种寿命有限的元件,如果可以不用, 就尽量不要采用。”因为铝电解电容内部的电解液会蒸发或产生化学变化,导致静电容量减少或等效串联电阻(ESR)增大, 随着时间的推移,电容性能肯定会劣化。


电解电容器的寿命与电容器长期工作的环境温度有直接关系,温度越高,电容器的寿命越短。普通的电解电容器在环境温度为90℃时已经损坏。但是现在有很多种类的电解电容器的工作环境温度已经很高在环境温度为90℃,通过电解电容器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,电解电容器即已经损坏。因此,在选择电容器的时候,应该根据具体的环境温度和其它的参数指标来选定,如果忽略了环境温度对电容器寿命的影响,那么电源工作的可靠性、稳定性将大大降低,甚至损坏设备和仪器。就一般情况而言,电解电容器工作在环境温度为80℃时,一般能达到10000h寿命的要求。


另一方面,电解电容器的寿命还与电容器长时间工作的交流电流与额定脉冲电流(一般是指在85℃的环境温度下测试值,但是有一些耐高温的电解电容器是在125℃时测试的数据)的比值有关。一般说来,这个比值越大,电解电容器的寿命越短,当流过电解电容器的电流为额定电流的3.8倍时,电解电容器一般都已经损坏。所以,电解电容器有它的安全工作区,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。环境温度和纹波电流对电解电容器的影响如图2所示。


图2 某铝电解电容器的寿命与温度、纹波电流的关系


频率特性与阻抗


对于中小输出功率开关电源的工作频率除少数因价格限制而仍采用20~40kHz外,大多数均在50kHz以上;DC/DC电源模块大多在300kHz以上;大功率开关电源的开关频率受主开关(一般采用IGBT)的开关速度限制而一般在20~40kHz。尽管开关频率有所不同,但是开关电源的输出整流滤波电容器的作用基本相同,主要是通过利用滤波电容器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。


在开关电源输出端用的滤波电容,与工频电路中选用的滤波电容并不一样,在工频电路中用作滤波的普通电解电容器,其上的脉动电压频率仅有100Hz,充放电时间是毫秒数量级,为获得较小的脉动系数,需要的电容量高达数十万微法,因而一般低频用普通铝电解电容器制造目标是以提高电容量为主,电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。在开关稳压电源中作为输出滤波用的电解电容器,由于大多数的开关电源工作在方波或矩形波的状态,含有及其丰富的高次谐波电压与电流,其上锯齿波电压的频率高达数十千赫,甚至数十兆赫,它的要求和低频应用时不同,电容量并不是主要指标,衡量它好坏的则是它的阻抗频率特性,如图3所示。


图3 某47μF/350V铝电解电容器的阻抗频率特性


由图可知,随着频率的升高,容抗下降、感抗上升,容抗等于感抗并相互抵消时的频率为铝电解电容器的谐振频率,这时的阻抗最低,仅剩下ESR。如果ESR为零,则这时的阻抗也为零;频率继续上升,感抗开始大于容抗,当感抗接近于ESR时,阻抗频率特性开始上升,呈感性,从这个频率开始以上的频率下电容器时间上就是一个电感。由于制造工艺的原因,电容量越大,寄生电感也越大,谐振频率也越低,电容器呈感性的频率也越低。这就要求它在开关稳压电源的工作频段内要有低的等效阻抗,同时,对于电源内部,由于半导体器件开始工作所产生高达数百千赫的尖峰噪声,亦能有良好的滤波作用,一般低频用普通电解电容器在10kHz左右,其阻抗便开始呈现感性,无法满足开关电源使用要求。


用于开关稳压电源输出整流的电解电容器,要求其阻抗频率特性在300kHz甚至500kHz时仍不呈现上升趋势。电解电容器ESR较低,能有效地滤除开关稳压电源中的高频纹波和尖峰电压。而普通电解电容器在100kHz后就开始呈现上升趋势,用于开关电源输出整流滤波效果相对较差。笔者在实验中发现,普通CDII型中4700μF,16V电解电容器,用于开关电源输出滤波的纹波与尖峰并不比CD03HF型4700μF,16V高频电解电容器的低,同时普通电解电容器温升相对较高。当负载为突变情况时,用普通电解电容器的瞬态响应远不如高频电解电容器。


开关电源为了高效率而提高了工作频率的高频化,特别是小型高输出开关电源中输入滤波用电容器要求高纹波性,输出端低阻抗化。要使输出滤波用电容器在高频下低阻抗化,必须降低等效串联电阻。


纹波电流耐受度


影响电解电容器性能的最主要的参数之一就是纹波电流问题。纹波电流对铝电解电容器的影响主要是在ESR上产生功耗使铝电解电容器发热,进而缩短使用寿命。 从特性曲线中(图2)可以看到,纹波电流在ESR上产生的损耗与纹波电流有效值的平方成正比,因而随着纹波电流的增加,小时寿命曲线类似于抛物线函数曲线。降低纹波电流的方法可以采用较大容量的铝电解电容器,毕竟大容量铝电解电容器可承受的纹波电流比小容量的铝电解电容器大;也可以采用多只小容量铝电解电容器的并联方式,还可以选用纹波电流低的电路拓扑结构。一般而言,反激式变换器产生的开关变换电流相对最大。表1是各种开关变换器电路拓扑的直流电流、整流滤波的纹波电流、开关变换电流和滤波电容上的总纹波电流。


表1 各种开关变换器电路拓扑的整流滤波的纹波电流和开关变换电流


就平板电视来说,为了能承受大电流,就需要进一步降低电容的ESR。其原因是,在数字设备中,随着功能的增加,电路的电流有越来越大的趋势。 对于在液晶电视中进行MPEG编解码工作的图像处理电路来说,2006年一块芯片中电源电路的电流约为3A。据有关人士预测称,为了应对全H D (全高清等要求而增大电路的规模以后,芯片中的电流将增加到5A 左右,而且在2008 年前后将会达到8A~9A。


如果ESR小,则在有大电流流动时,电容输出电压的下降量也小。伴随着电流增大而来的降低ESR的要求,有可能成为推进电容替换进程的主要原因。相对于铝电解电容将近1Ω的ESR来说,多层陶瓷电容的ESR很小,还不到10mΩ。导电性高分子电容的ESR通常为几十mΩ,ESR比较小的则在10mΩ以下。铝电解电容也在开发ESR比较小的品, 其ESR大约是一般产品的1/2~1/3。


可靠性高低


开关电源是一种采用开关式控制的直流稳压电源,它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于各种通信设备、家用电器、计算机及其终端设备。作为输入滤波和平滑作用的铝电解电容器,它的质量和可靠性直接影响到开关电源的可靠性。一旦铝电解电容器失效,就会导致

[1] [2]

关键字:电解电容  电容量

编辑:muyan 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/dygl/ic464188.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:COSEL 宣布高功率密度带扩展通信总线 助力工业医疗发展
下一篇:最后一页

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

TDK全新固液混合技术,并推出首款轴向固液混合铝电解电容

日前,TDK宣布推出全球首款轴向固液混合的铝电解电容,TDK电子大中华区铝电解产品市场部经理王涛详细讲解了该产品的特性及应用。王涛指出,高功率密度、小体积、低重量以及高可靠性是客户对汽车电子系统的要求。这些要求同样适用于铝电解电容器等个别元件。而降低等效串联电阻 (ESR)在这方面显得特別重要。全新轴向引线式聚合物混合铝电解电容器,正是 TDK 在元件行业内竖立的又一领先标杆。大部分的汽车系统都要求在某单位体积内具有极高的电容量,而铝电解电容器正好提供这种特性,从而稳定工作电压,保障系统的功能可靠。最近几年,TDK 集团开发并不断优化了铝电解电容器,特别是针对汽车应用。其中轴向式电容器是目前这些开发工作的最佳成果,它能承受高达
发表于 2019-03-27
TDK全新固液混合技术,并推出首款轴向固液混合铝电解电容

MLCC上了天、铝电解电容却涨不起来

据EE Times China,在过去两年中,MLCC价格领涨,贴片电阻也紧随其后价格快速上涨。但是铝电解电容市场却出现严重缺货却价格较少涨的情况?甚至市场炒货者或现货商都不愿意炒电解电容,原因是什么?由于智慧手机、电动汽车、无人机、物联网和智慧家电设备对于容阻元件的需求狂增,在过去两年中,MLCC价格领涨,贴片电阻也紧随其后价格快速上涨。但是铝电解电容市场却出现严重缺货却价格较少涨的情况?从上面汇总的涨价报导中可以看出,电阻、MLCC和电感的涨价幅度,远远高于铝电解电容的涨价幅度。2018年初尼吉康(Nichicon)身为产业龙头企业,宣布公司旗下部分产品线如调整插脚式和螺杆式铝电解电容所有型号涨价5%;2018年5月2日市场
发表于 2018-05-20
MLCC上了天、铝电解电容却涨不起来

世强有奖下载:NCC铝电解电容选型指南

日前,世强元件电商代理全球市场占有率第一的铝电解电容品牌NIPPON CHEMI-CON,黑金刚Nippon Chemi-Con相关元件及最新产品技术资讯、选型指南、数据手册等众多资料,都可登入世强元件电商搜索查询,其产品也可在世强元件电商快速购买。与此同时,现在登录世强元件电商,注册成为VIP会员,还有资格参与VIP专属下载赢好礼活动,礼品包括5个JBL T450BT无线蓝牙头戴耳机和10个极客背包。点击活动页面(https://www.sekorm.com/doing/special/95283478.html),即可参与。——关于NIPPON CHEMI-CON ——     
发表于 2018-05-07
世强有奖下载:NCC铝电解电容选型指南

铝质电解电容、固态电容涨价8-10%

大陆最大铝质电解电容厂艾华近日宣布调涨售价8%,台湾国宏团旗下的智宝和凯美、金山电、立隆, 以及日系通路商日电贸等有望跟进,这是继积层陶瓷电容(MLCC)、芯片电阻之后,被动组件第三波涨价潮。由于上游重要材料铝箔缺货结构难解,业界普遍预估,今年铝质电解电容缺货情况可能比积层陶瓷电容(MLCC)还要严峻,加上去年涨幅不大,今年涨价力道可能更为明显。铝工业一直属于高耗电、高污染产业,加上过去常见环评未过就盖厂的现象,因此新疆地区在去年大动作清理违规工厂,连带影响铝箔供应,成为这一波铝箔缺货、涨价的元凶。铝箔供应骤降后,不少厂商将生产基地转向日本和美国,但生产成本居高不下,造成去年起铝箔售价一路走高,今年4月又再调涨8%到10%,累计调
发表于 2018-05-04

干货 红宝石电解电容寿命权威计算

铝电解电容的工作状态及工作环境,是影响其寿命的主要因素。在众多因素中,又以环境温度的高低和纹波电流的大小对电容寿命的影响最大。利用温度系数和纹波电流系数,通过对基本寿命的增减分析,可以推算出特定条件下的寿命。寿命计算公式如何计算内部上升温度△Tj纹波电流的测量方法纹波电流有效值的计算方法计算实例PFC电路的纹波电流计算方法电容内部温度(△Tj)的获得方法环境温度(Ta)的获得方法寿命计算公式Rubycon电容的寿命推算
发表于 2018-04-15
干货 红宝石电解电容寿命权威计算

大众电动车电池组保持高效充电,16万公里仍可保持70%电容量

车、混动车那样实用。首先从消费心理出发,基于后期用车支出、燃料上来说,电动车时无可厚非的选择,但是基于日常实用性来看,可能并不是一个好的选择。大众电池卓越中心:电池将会和电动车一样耐用当然针对电动车,电池是首要问题,法国标致曾经提出,电动车的电池组可以在五年内得到更换,当然要支出新的电池费用,消费者对于电动车的要求,必然是像燃油车那样耐用,续航里程更长,一般消费者买一款车需求使用寿命在8-10年之间,而现今汽车市场电动车的电池寿命会随着日常的消耗电容量降低速度非常快,续航里程也会严重缩小,对于消费者来说是极其不方便的。大众电池卓越中心的主管Biome表示:他们所研发的电池组,将会在这方面做出革新,与电动车的寿命一样突出耐用的本质。通过围绕
发表于 2019-05-18
大众电动车电池组保持高效充电,16万公里仍可保持70%电容量

小广播

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2019 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved