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1、1 开关电源中电容器的选择 南京航空航天大学自动化学院 赵 修 科 2005.6 2 一、电容器的基本原理电容器的基本原理 结构结构 ：电容器的基本结构是 由两块导体极板，中间隔离有 不同的电介质（绝缘体）组成 。其符号如图（b)所示。 充电：充电：当两个端子接到电源 时，电源正极将相连极板电子 吸走，留下正电荷；而负极向 另一极板同时送人相等电子。 在外电路形成电流。直到极板 电压等于极板两端电压。 3 定义定义： 6 0 10858 36 = d A . d A d A d A C rrr CUQ = 或 U Q C = 电容量与结构和介质有关： F 0r0 =8.8510-12F/m(1
2、10-9/36) A极板面积（m2); d极板间距离（m) 通常电容器名称是以介质材料来命名的 4 表1 一些材料的相对介电常数 材料r材料r 空气1.0橡胶2.7 蒸馏水8.0云母67.5 腊纸4.3玻璃5.58 矿物油2.2陶瓷5.8 尼龙3.55氧化铝7.510 聚酯薄膜 3.1 导热硅脂3.94.3 人造云母 5.2 聚四氟乙烯1.82.2 5 电容电路中电流电容电路中电流 电容存储的能量 2 000 2 1 CUCududt dt du uCuidtW Utt = t U C t Q i d d d d = (J) 电容电压不能突变 正弦交流(u=Umsint)电路中的电容 )/t(
3、It X U t C/ U tUC t u Ci m c 2sincos 2 cos 1 2 cos2 d d += C X C 1 = 式中 6 二、电容器的主要参数 1. 容量：容量：单位F，（mF），F，nF，pF 标称值和电阻相同。按照公差等级决定序列。 如公差10%：1.0，1.2，1.5，1.8，2.2，2.7，3.3，4.7 和6.8等，像4.7F，0.047F，47pF等等 误差等级1%（00）级，2%(0)级，5%（） 级，10%（）级和20%（）级 容量标注在外壳上容量标注在外壳上，测试条件为25C，1F 测试频率为 120Hz， 1F C1nF 测试频率为1kHz 7 2
4、.电压定额 电容器介质中的电场强度大于它的允许电场强度，这是 绝缘介质中的电子被拉出来，产生雪崩效应，引起介质 击穿。额定电压一般比击穿电压低。高电压定额的电容 需要更厚的介质，比低电压体积大。 额定直流电压额定直流电压：电容两极能施加的最高直流电压。 额定交流电压额定交流电压：受损耗限制，一般比直流电压低得多。 并随频率增加允许交流电压降低。 例如例如：某电容直流额额定电压为600V，而50Hz交 流额定电压为30V。某电容50Hz交流额定电压为 400V，而在400HZ应用，额定电压降低为240V等。 通常选择电容额定电压不得小于电容所承 受电路最高电压的125%。 8 3. ESR、ES
5、L和损耗系数ESR、ESL和损耗系数 电容等效电路：电容等效电路：C，ESR，ESL和RS ESR：引线、焊接和介质极化损耗。介 质损耗与温度和频率有关。 ESL：引线、电容极板结构有关。 RS：泄漏电阻，一般很大 损耗系数：容量1F，用120Hz；5mm, 1835应3mm，616应2mm； 2.电容安装时尽量不要靠近功率器件和发热源； 3.不要用有机洗涤剂清洗； 4. 电路电压最高电压不超过耐压值的1.2倍； 5. 不能反极性； 6. 已安装在PCB上的电容不得强迫拉压或歪扭； 7.在电压允许的情况下，电容的端尽可能靠 近，减少引线电感。 16 2、钽电容 钽电容比铝电容具有好得多的高频特
6、性， 但价格贵，而且电压限制在100V和容量 数百F以下，失效为常为短路极易着火 。中功率电源输入最好选择铝电解电容 ，而输出低压采用贴片钽电容。当然贴 片比插件的容量小而电压低。比铝电解 电容更好的低温性能。 钽电解电容选择与铝电解电容相似。仍以 输出纹波电压和ESR选择电容量。 17 3.2 无极性电容无极性电容 1.有机薄膜电容有机薄膜电容 介质介质：薄膜电容有聚乙烯、聚酯（CL）、聚丙烯 (CB)、聚四氟乙烯(CF)、聚碳酸脂（CLS ）等 薄膜电容。精密、温度特性好、低漏电流。 类型：1.金属箔/膜电容类型：1.金属箔/膜电容金属箔作为电极。极 低的ESR，可以承受很高的dV/dt和
7、交流电流。 体积大，价格高。容量小（低于0.01F ) 2.金属化电容2.金属化电容喷涂在介质铝层作为电 极。ESR大，较低的dV/dt和交流电流能力。体 积小，价格低，有自愈能力。容量大。 18 使用：使用： 相同容量金属箔常用于脉冲、交流高压、缓冲电 路（snubber）和谐振电路。 金属化电容在局部击穿时产生高温，金属箔蒸发 不会短路，电容量减少极小，这种现象就是所谓 自愈能力，体积小，价格低。这类电容除了一般 应用以外，常用于电磁兼容的X电容和Y电容。 金属化聚碳酸酯膜介质CLS体积小，耐高温、温度 系数小、绝缘电阻高、自愈性。常应用于逻辑控 制电路、延时、积分、滤波、耦合和移相电路。
8、 *金属化电容不使用在低电容，小于0.01F,谐振电 路 ,吸收电路 ,低噪声 。 壳温升不超过15C，高温环境壳温不超过最高允 许温度。 19 2. 无机介质电容无机介质电容 云母电容：云母电容：云母片为介质，浸银后形成电 极。 电容量在数pF到1F； 电压定额在50Vdc到2500V -55150内电容量漂移不超过0.5% 比有机介质箔电容更高的dV/dt能力 体积较大，成本较高。适合于定时、缓 冲电路和高频交流电路使用。 20 陶瓷介质电容陶瓷介质电容： 介质成分介质成分是钛酸盐、铌镁酸铅等 分类：分类：3类 1类：类：高精度，1pF到几个mF；1类：高精度， 1pF到几个mF； 2类
9、：类 ：独石电容，和1类相同的壳体，容量是以 上电容2070倍，但在温度55125范围 内变化大约10%，最大变化为15% 25%； 3类类：电容容量是2类大约5倍，电容量随电压 和温度变化较大。温度范围2585，电 容变化大约20%65% 21 使用 1类用于定时、谐振电路和需要补偿温度效应的 电路，也适合要求低损耗和高绝缘电阻的一般 电路中使用。在收音机、电视机、收录机等电 子产品种要求容量稳定的交直流的脉冲电路中 使用。在收音机、电视机、收录机等电子产品 种要求容量稳定的交直流的脉冲电路中使用。 2类电容量大，外形尺寸小。电路中用于隔直流 、旁路耦合、滤波和对损耗和容量稳定性要求 不高的
10、场合。 3类 容量大，但要求不高的地方，价格低廉。 22 四、开关电源中电容器 1、 输入EMC滤波、整流和PFC C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 Ui UoHV C8 220V 50Hz A B 23 C1, C4EMC差模（常模）滤波：一般采用 有机介质金属化交流电容。通常称为X电容。 C2, C3EMC共模滤波：一般称为Y电容。通常采 用高压一类陶瓷电容，或高压金属化电容。要求较低的 ESR。数值受安全泄漏电流(3mA)限制。 C5PFC输入电容：通常采用金属化电容，如CBB。 保证PFC工作，输入整流电压为零附近有1V左右电压。减 少输入电流过零失真,一般在14 F 。 C6
11、, C7缓冲（Snubber）电容：一般采用金属箔/ 膜电容，具有很高的dV/dt能力，以及非常小的ESR和ESL。 通常称为snubber 电容。 C8输出滤波电容：铝电解电容，按纹波电压要 求，根据峰值电流和电容的ESR选择容量，检查电容的纹波 电流定额是否满足电路要求。 24 2. 功率电路 C11 C9 C9, C10Snubber电容，要求极低ESR，一般 按dV/dt能力选择电容。 C10 C11输出滤波电容，电解电容，按纹波电压要 求，根据纹波电流和电容的ESR选择电容量。 UoHV Uo 辅助线圈 25 3. 辅助电路辅助电路 C12 C13 C14 CT C15 控制 IC 驱动 C16 A C12工频滤波，电解电容电容，按RC(35)T/2 选择电容量； C13电解电容。按控制芯片欠压保护回差UUN IT/C选择电容量。I控制电路输入电流；T功率 电路启动时间。 C14定时电容。薄膜电容或云母电容等精密电容。 C15 C16去耦电容。一般用途，3类陶瓷及任何电 容。 B 来自辅助线圈 26 谢谢！ 27 欢迎您到南京航空航天大学来
