試論電源設(shè)計(jì)中的電容選用規(guī)則

張春春

摘要：在電源中電容的基本工作是進(jìn)行充電與放電，同時(shí)還伴隨整流、振蕩及其他相關(guān)作用。電容的結(jié)構(gòu)十分簡單，由正負(fù)兩極與中間的絕緣介質(zhì)構(gòu)成。文章主要就電源設(shè)計(jì)中的電容選用規(guī)則進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：電源設(shè)計(jì)；電容選用；濾波電容器

在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)的過程中，電源設(shè)計(jì)是十分重要的環(huán)節(jié)之_。成功、完整的電路設(shè)計(jì)中電源占據(jù)著十分重要的位置，其很大程度上影響了電路系統(tǒng)的使用性能與運(yùn)行成本。通信電源設(shè)計(jì)中的電容就是容納與釋放電荷的電子元器件。

1 電源設(shè)計(jì)中電容的應(yīng)用

1.1 旁路

旁路電容即給本地器件提供能量的元件，類似于微型可充電電池，其可以充電使用，并且針對器件進(jìn)行放電。為了盡可能地降低阻抗，旁路電容要盡可能接近負(fù)載器件的供電電壓管腳與地管腳，以避免由于輸入值過大產(chǎn)生噪音或者地電位上升。

1.2 去耦

去耦，即為解耦。一般來說，可以將電路分為驅(qū)動(dòng)的源及被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載。假如開關(guān)電源負(fù)載電容相對較大，驅(qū)動(dòng)電路則會(huì)充電、放電，進(jìn)而完成信號的變更，在這一過程中會(huì)出現(xiàn)一種噪聲，對前級的正常工作產(chǎn)生影響。該噪聲即為耦合。去耦電容就是實(shí)現(xiàn)電池的作用，以滿足驅(qū)動(dòng)電路電流的改變，避免相互間出現(xiàn)干擾或影響。去耦合電容通常較大，一般為10uF或以上，具體根據(jù)電路中分布參與及驅(qū)動(dòng)電流的大小來決定。旁路與去耦的區(qū)別就在于旁路是將輸入信號中的干擾當(dāng)作過濾對象，而去耦則是將輸出信號的干擾當(dāng)作過濾對象。

1.3 濾波

電容的作用就是通高阻低，讓高頻通過，阻止低頻通過。電容越大，低頻通過越容易；電容越小，高頻通過越容易。在濾波中大電容過濾低頻，小電容過濾高頻。當(dāng)頻率越高，峰值電流就越大，進(jìn)而緩沖了電壓。因此，濾波即為充電、放電的過程。在通信電源中，為了避免電路各個(gè)部分供電電壓由于負(fù)載變化而改變，在通信電源的輸出端與負(fù)載的電源輸入端通常都有相應(yīng)的電解電容。而大容量的電解電容通常都有一定的電感，因此無法有效地過濾高頻與脈沖干擾信號，因此在其兩端并聯(lián)容量為0.1pF左右的電容，以過濾高頻與脈沖的影響。

1.4 儲(chǔ)能

儲(chǔ)能型電容器通過整流器來收集電荷，并且將存儲(chǔ)的能力利用變換器引線傳遞到電源的輸出端。根據(jù)不同的通信電源要求，元件一般會(huì)使用串聯(lián)、并聯(lián)或者其他組合的方式。對于功率超過10kW的開關(guān)電源通常都是使用體積比較大的罐形螺旋端子電容器。

2 電源設(shè)計(jì)中的電容器選擇

2.1 濾波電容器

交流電通過整流后需要使用電容器濾波，使得輸出的電壓變得平滑，因此電容器的容量要相對較大，通常大多使用鋁電解電容器。使用DC/DC開關(guān)輸入濾波電容器，由于開關(guān)變換器是通過脈沖弄的形式來獲取電能的，因此濾波電容器中流通較大的高頻電流，當(dāng)電解電容器等效串聯(lián)較大的時(shí)候，將會(huì)出現(xiàn)大量損耗，從而導(dǎo)致電解電容器發(fā)熱。在開關(guān)穩(wěn)壓電源中的電解電容器起到輸出濾波的作用，其上鋸齒波電壓的頻率達(dá)到數(shù)十千赫，阻抗頻率的特性成為其衡量標(biāo)準(zhǔn)。另外，對于半導(dǎo)體器件在運(yùn)作中發(fā)出的噪聲需要過濾，因此通常低頻使用普通電解電容器在10kHz左右便無法滿足開關(guān)電源的使用需求。

2.2 吸收與換相電容器

伴隨著半導(dǎo)體器件額定功率的增加、開關(guān)速度的提升、額定電壓的上升，緩沖電路的電容器的耐壓、容量與高頻特性依然難以滿足需求。無感電容、金屬化電容以及金屬箔電容在電路使用中的作用與效果都不同。電容器的大小將會(huì)影響電容器的dv/dt以及峰值電流的耐量。通常來說，長度與dv/dt與峰值電流之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。吸收電路中電容器的特征是高峰值電流的占空較小，有效值電流有限。

2.3 諧振電容器

諧振式開關(guān)穩(wěn)壓電源與晶閘管中頻電源諧振回路中的諧振電容器在工作時(shí)通常都會(huì)出現(xiàn)很大的電流。如果諧振電容器選擇失誤，會(huì)導(dǎo)致設(shè)備損壞。在包含了電容與電感的電路當(dāng)中，如果電容與電感是處于并聯(lián)狀態(tài)的，那么在某一段時(shí)間內(nèi)電容的電壓逐漸上升，而電流卻持續(xù)變小，同時(shí)，電感的電流處于持續(xù)上升的狀態(tài)，電感的電壓卻慢慢下降。而在另外一個(gè)時(shí)間段，電容的電壓逐漸變低，而電流卻逐漸增加。同時(shí)，電感的電流卻逐漸減小，電感的電壓逐漸升高。電壓可以上升到最大值，電壓的降低也可以獲得負(fù)的最大值。這種現(xiàn)象被稱為電路振蕩，電路振蕩維持的階段即為諧振。

3 結(jié)語

在電源設(shè)計(jì)過程中不同性能的設(shè)備需要不同性能的電容器，在選擇電容器的過程中要充分考慮各個(gè)要素，不能濫用、混用，以免出現(xiàn)安全問題或設(shè)備損害，導(dǎo)致設(shè)備無法正常運(yùn)行。