現(xiàn)代電源技術(shù)中工業(yè)電容器的正確選用方法
隨著電子的發(fā)達成長，我們的電容發(fā)展技術(shù)越來越高超了，讓人們無法猜到它的現(xiàn)狀是如何的，我們平時使用時一般在哪種情況下會用到呢？沒事，我們的
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現(xiàn)代電源技術(shù)中電容器的正確選用電容器作為基本元件在電子線路中起著重要作用，在傳統(tǒng)的應(yīng)用中，電容器主要用作旁路耦合、電源濾波、隔直以及小信號中的振蕩、延時等。以上電路對電容器參數(shù)的主要要求有：電容量；額定電壓；正切損耗；漏電流等，對其它參數(shù)沒有過多的要求。隨著電子線路，特別是電力電子電路的發(fā)展對不同應(yīng)用場合的電容器提出了不同的特殊要求。
1 濾波電容器
工業(yè)電容交流電（工頻或高頻）經(jīng)整流后需用電容器濾波使輸出電壓平滑，要求工業(yè)電容電容器容量大，一般多采用鋁電解電容器。鋁電解電容器應(yīng)用時主要問題是溫度與壽命關(guān)系，如廉價型環(huán)境溫度多為85℃，可在1000h 內(nèi)保證各性能參數(shù)，特別是電容量，超過1000h，各項性能指標(biāo)將得不到保證，盡管在很多情況下還能用。如降低使用溫度可以延長壽命，基本遵循50℃法則。因此在很多要求高溫和高可靠性場合下，應(yīng)選用長壽命（如5000h 以上，甚至105℃,5000h）電解電容器。一般體積小的電解電容器，其壽命相對較短。用于DC/DC 開關(guān)穩(wěn)壓電源輸入濾波電容器，因開關(guān)變換器是以脈沖形式向電源汲取電能，故濾波電容器中流過較大的高頻電流，當(dāng)電解電容器等效串聯(lián)電阻（ESR）較大時，將產(chǎn)生較大損耗，導(dǎo)致電解電容器發(fā)熱。而低ESR 電解電容器則可明顯減小紋波（特別是高頻紋波）電流產(chǎn)生的發(fā)熱。用于開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出整流的電解電容器，要求其阻抗頻率特性在300kHz 甚500kHz時仍不呈現(xiàn)上升趨勢，見圖1。電解電容器ESR 較低，能有效地濾除開關(guān)穩(wěn)壓電源中的高頻紋波和尖峰電壓。而普通電解電容器在100kHz 后就開始呈現(xiàn)上升趨勢(見圖2)，用于開關(guān)電源輸出整流濾波效果相對較差。筆者在實驗中發(fā)現(xiàn)，普通CDII 型中4700μF,16V 電解電容器，用于開關(guān)電源輸出濾波的紋波與尖峰并不比CD03HF 型4700μF,16V 高頻電解電容器的低，同時普通電解電容器溫升相對較高。當(dāng)負載為突變情況時，用普通電解電容器的瞬態(tài)響應(yīng)遠不如高頻電解電容器。由于鋁電解電容器在高頻段不能很好地發(fā)揮作用，應(yīng)輔之以高頻特性好的陶瓷或無感薄膜電容器，其主要優(yōu)點是：高頻特性好，ESR 低，如MMK5 型容量1μF 電容器，諧振頻率達2MHz 以上，等效阻抗小于0.02Ω，遠低于電解電容器，而且容量越小諧振頻率越高（可達50MHz 以上），見圖3，這樣將得到很好的電源的輸出頻率響應(yīng)或動態(tài)響應(yīng)。
2 吸收與換相電容器
隨著柵控半導(dǎo)體器件的額定功率越做越大，開關(guān)速度越來越快，額定電壓越來越高，對緩沖電路的電容器僅僅要求足夠的耐壓、容量及優(yōu)異的高頻特性是不夠的。在大功率電力電子電路中，由于IGBT 的開關(guān)速度已小于1μs，要求吸收電路電容器上的電壓變化速率dv/dt> V/μs 已是很正常的，有的要求 V/μs 甚至 V/μs。由電容器與電壓充電時間的基本關(guān)系可知如以1μF、 V/μs 計，則由式（1）可知其峰值電流將達 A。
工業(yè)電容即使較小的電容量如10nF，以 V/μs 速率變化則峰值電流為100A。對于普通電容器，特別是普通金屬化電容器的dv/dt<100V/μs，特殊金屬化電容器的dv/dt≤200V/μs，專用雙金屬化電容器小容量（小于10nF）的dv/dt≤1500V/μs，較大容量（小于0.1μF)的則為600V/μs，在這種巨大且重復(fù)率很高的峰值電流沖擊下是很難承受的。所以經(jīng)常可以看到電力電子電路因吸收電容應(yīng)用不當(dāng)造成電容器擊穿或斷路，損壞電力電子電路的現(xiàn)象。目前吸收電路專用電容器，即金屬箔電極可承受較大的峰值電流和有效值電流沖擊，如：較小容量(10nF 以下)的可承受100000V/μs～455000V/μs 的電壓變化率、3700A 峰值電流和達9A 有效值電流(如CDV30FH822J03)；較大容量(大于10nF，小于0.47μF)或較大尺寸的可
承受大于3400V/μs 以及1000A 峰值電流的沖擊。由此可見，盡管同是無感電容、金屬化和金屬箔電容，應(yīng)用在吸收電路中將有不同的表現(xiàn)，外形相近但規(guī)格不同在這里是絕對不能互換的。電容器的尺寸將影響電容器的dv/dt 及峰值電流的耐量，一般而言，長度越大dv/dt 和峰值電流則相對較小。吸收電路中電容器的工作特點是高峰值電流占空比小，有效值電流不十分高，與這種電路相似的還有晶閘管逆變器的換相電容器，盡管這種電容器要求的dv/dt 較吸收電容器小，但峰值電流與有效值電流均較大，采用普通電容器在電流方面不能滿足要求。在某些特殊應(yīng)用中要求儲能電容器反復(fù)急促放電，而且放電回路電阻極低、寄生電感很小，在這種場合下只能將吸收電容并聯(lián)使用以保證長期使用的可靠性。
3 諧振電容器
諧振式變換器，如諧振式開關(guān)穩(wěn)壓電源及晶閘管中頻電源諧振回路中的諧振電容器，工作時往往流過很大電流。如并聯(lián)諧振式晶閘管中頻電源，流過諧振電容器的諧振電流為流過晶閘管電流的10 倍甚至更高，因此必須選擇專用電容器，方能滿足要求。又如電子鎮(zhèn)流器的諧振電容規(guī)格選擇不當(dāng)時，會出現(xiàn)電容上電壓雖沒達到擊穿電壓但由于流過較大的諧振電流而損壞的現(xiàn)象。
4 耐壓與壽命試驗
電容器的額定電壓和擊穿電壓之間留有一個安全系數(shù)，如耐壓為400V 電解電容器，擊穿電壓不低于450V，而薄膜電容器的擊穿電壓為額定電壓的1.5 倍至2 倍，因此不能說電容器達到額定電壓就可能擊穿。薄膜電容器的壽命試驗是在其最高工作溫度下，施加1.5 倍額定電壓，保證500h 甚至1000h 內(nèi)不損壞。電解電容器的壽命試驗是在最高工作溫度及額定電壓條件下，在額定壽命期內(nèi)主要參數(shù)符合規(guī)定要求。
電解電容器的壽命與電容器長期工作的環(huán)境溫度有直接關(guān)系，溫度越高，電容器的壽命越短。普通的電解電容器在環(huán)境溫度為90℃時已經(jīng)損壞，如：B41303,B43303 等型號的電解電容器。但是現(xiàn)在有很多種類的電解電容器的工作環(huán)境溫度已經(jīng)很高，如B43502 在環(huán)境溫度為90℃，通過電解電容器的交流電流和額定脈沖電流的比為0.5 時，壽命仍然為10000h，但是如果溫度上升到95℃時，電解電容器即已經(jīng)損壞。
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