詳解電容在電源中所起到的作用
發布時間:2012-04-01
中心議題:
- 電容在電源中所起到的作用
- 電容在使用中的注意事項
- 爆漿的種類及原因
作為無源元件之一的電容,其作用不外乎以下幾種:
1、應用於電源電路,實現旁路、去藕、濾波和儲能方麵電容的作用,下麵分類詳述之:
1)濾波
濾波是電容的作用中很重要的一部分。幾乎所有的電源電路中都會用到。從理論上(即假設電容為純電容)說,電容越大,阻抗越小,通過的頻率也越高。但實際上超過1uFdedianrongdaduoweidianjiedianrong,youhendadedianganchengfen,suoyipinlvgaohoufanerzukanghuizengda。youshihuikandaoyouyigedianrongliangjiaodadianjiedianrongbinglianleyigexiaodianrong,zheshidadianrongtongdipin,xiaodianrongtonggaopin。dianrongdezuoyongjiushitonggaozudi,tonggaopinzudipin。dianrongyuedadipinyuerongyitongguo,dianrongyuedagaopinyuerongyitongguo。jutiyongzailvbozhong,大電容(1000uF)濾低頻,小電容(20pF)濾高頻。
曾有網友將濾波電容 比作“水塘”。由(you)於(yu)電(dian)容(rong)的(de)兩(liang)端(duan)電(dian)壓(ya)不(bu)會(hui)突(tu)變(bian),由(you)此(ci)可(ke)知(zhi),信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)越(yue)高(gao)則(ze)衰(shuai)減(jian)越(yue)大(da),可(ke)很(hen)形(xing)象(xiang)的(de)說(shuo)電(dian)容(rong)像(xiang)個(ge)水(shui)塘(tang),不(bu)會(hui)因(yin)幾(ji)滴(di)水(shui)的(de)加(jia)入(ru)或(huo)蒸(zheng)發(fa)而(er)引(yin)起(qi)水(shui)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)。 它把電壓的變動轉化為電流的變化,頻率越高,峰值電流就越大,從而緩衝了電壓。濾波就是充電,放電的過程。
2)旁路
旁pang路lu電dian容rong是shi為wei本ben地di器qi件jian提ti供gong能neng量liang的de儲chu能neng器qi件jian,它ta能neng使shi穩wen壓ya器qi的de輸shu出chu均jun勻yun化hua,降jiang低di負fu載zai需xu求qiu。就jiu像xiang小xiao型xing可ke充chong電dian電dian池chi一yi樣yang,旁pang路lu電dian容rong能neng夠gou被bei充chong電dian,並bing向xiang器qi件jian進jin行xing放fang 電(dian)。為(wei)盡(jin)量(liang)減(jian)少(shao)阻(zu)抗(kang),旁(pang)路(lu)電(dian)容(rong)要(yao)盡(jin)量(liang)靠(kao)近(jin)負(fu)載(zai)器(qi)件(jian)的(de)供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)管(guan)腳(jiao)和(he)地(di)管(guan)腳(jiao)。這(zhe)能(neng)夠(gou)很(hen)好(hao)地(di)防(fang)止(zhi)輸(shu)入(ru)值(zhi)過(guo)大(da)而(er)導(dao)致(zhi)的(de)地(di)電(dian)位(wei)抬(tai)高(gao)和(he)噪(zao)聲(sheng)。地(di)彈(dan)是(shi)地(di)連(lian)接(jie)處(chu)在(zai)通(tong)過(guo)大(da) 電流毛刺時的電壓降。
3)去藕
去藕,又稱解藕。從電路來說,總是可以區分為驅動的源和被驅動的負載。如果負載電容比較大,驅動電路要把電容充電、放電,才能完成信號的跳變,在上 升沿比較陡峭的時候,電流比較大,這樣驅動的電流就會吸收很大的電源電流,由於電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會產生反彈),這種電流相對 於yu正zheng常chang情qing況kuang來lai說shuo實shi際ji上shang就jiu是shi一yi種zhong噪zao聲sheng,會hui影ying響xiang前qian級ji的de正zheng常chang工gong作zuo。這zhe就jiu是shi耦ou合he。去qu藕ou電dian容rong就jiu是shi起qi到dao一yi個ge電dian池chi的de作zuo用yong,滿man足zu驅qu動dong電dian路lu電dian流liu的de變bian化hua,避bi免mian相xiang互hu間jian的de耦ou合he幹gan擾rao。將jiang旁pang路lu電dian容rong和he去qu藕ou電dian容rong結jie合he起qi來lai將jiang更geng容rong易yi理li解jie。旁pang路lu電dian容rong實shi際ji也ye是shi去qu藕ou合he的de,隻zhi是shi旁pang路lu電dian容rong一yi般ban是shi指zhi高gao頻pin旁pang路lu,也ye就jiu是shi給gei高gao頻pin的de開kai關guan噪zao聲sheng提ti高gao一yi條tiao低di阻zu抗kang泄xie防fang 途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據諧振頻率一般是0.1u,0.01u等,而去耦合電容一般比較大,是10uF或者更大,依據電路中分布參數,以及驅動 電dian流liu的de變bian化hua大da小xiao來lai確que定ding。旁pang路lu是shi把ba輸shu入ru信xin號hao中zhong的de幹gan擾rao作zuo為wei濾lv除chu對dui象xiang,而er去qu耦ou是shi把ba輸shu出chu信xin號hao的de幹gan擾rao作zuo為wei濾lv除chu對dui象xiang,防fang止zhi幹gan擾rao信xin號hao返fan回hui電dian源yuan。這zhe應ying該gai是shi他ta們men的de本ben質zhi區qu別bie。
4)儲能
儲能型電容器通過整流器收集電荷,並將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。電壓額定值為40~450VDC、電容值在220~150 000uF之間的鋁電解電容器(如EPCOS公司的 B43504或B43505)是較為常用的。根據不同的電源要求,器件有時會采用串聯、並聯或其組合的形式, 對於功率級超過10KW的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器。
2、應用於信號電路,主要完成耦合、振蕩/同步及時間常數的作用:
1)耦合
舉(ju)個(ge)例(li)子(zi)來(lai)講(jiang),晶(jing)體(ti)管(guan)放(fang)大(da)器(qi)發(fa)射(she)極(ji)有(you)一(yi)個(ge)自(zi)給(gei)偏(pian)壓(ya)電(dian)阻(zu),它(ta)同(tong)時(shi)又(you)使(shi)信(xin)號(hao)產(chan)生(sheng)壓(ya)降(jiang)反(fan)饋(kui)到(dao)輸(shu)入(ru)端(duan)形(xing)成(cheng)了(le)輸(shu)入(ru)輸(shu)出(chu)信(xin)號(hao)耦(ou)合(he),這(zhe)個(ge)電(dian)阻(zu)就(jiu)是(shi)產(chan)生(sheng)了(le)耦(ou)合(he)的(de)元(yuan)件(jian),如(ru)果(guo)在(zai)這(zhe)個(ge)電(dian)阻(zu)兩(liang)端(duan)並(bing)聯(lian)一(yi)個(ge)電(dian)容(rong),由(you)於(yu)適(shi)當(dang)容(rong)量(liang)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)對(dui)交(jiao)流(liu)信(xin)號(hao)較(jiao)小(xiao)的(de)阻(zu)抗(kang),這樣就減小了電阻產生的耦合效應,故稱此電容為去耦電容。
2)振蕩/同步
包括RC、LC振蕩器及晶體的負載電容都屬於這一範疇。
3)時間常數
這就是常見的 R、C 串聯構成的積分電路。當輸入信號電壓加在輸入端時,電容(C)上的電壓逐漸上升。而其充電電流則隨著電壓的上升而減小。電流通過電阻(R)、電容(C)的特性通過下麵的公式描述:
i = (V/R)e-(t/CR)
我們知道了電容的作用以後下麵來談談電容在使用中的注意事項
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A. 什麼是好電容。
1.電容容量越大越好。
很多人在電容的替換中往往愛用大容量的電容。我們知道雖然電容越大,為ICtigongdedianliubuchangdenengliyueqiang。qiebushuodianrongrongliangdezengdadailaidetijibianda,zengjiachengbendetongshihaiyingxiangkongqiliudonghesanre。guanjianzaiyudianrongshangcunzaijishengdiangan,dianrongfangdianhuiluhuizaimougepindianshangfashengxiezhen。zaixiezhendian,dianrongdezukangxiao。yincifangdianhuiludezukangzuixiao,buchongnengliangdexiaoguoyezuihao。dandangpinlvchaoguoxiezhendianshi,fangdianhuiludezukangkaishizengjia,dianrongtigongdianliunenglibiankaishixiajiang。dianrongderongzhiyueda,xiezhenpinlvyuedi,dianrongnengyouxiaobuchangdianliudepinlvfanweiyeyuexiao。congbaozhengdianrongtigonggaopindianliudenenglidejiaodulaishuo,dianrongyuedayuehaodeguandianshicuowude,yibandedianlushejizhongdouyouyigecankaozhide。
2.同樣容量的電容,並聯越多的小電容越好
耐壓值、耐溫值、容值、ESR(等效電阻)等是電容的幾個重要參數,對於ESR自然是越低越好。ESR與電容的容量、頻率、電壓、溫度等都有關係。當電壓固定時候,容量越大,ESR越低。在板卡設計中采用多個小電容並連多是出與PCB空間的限製,這樣有的人就認為,越多的並聯小電阻,ESR越低,效果越好。理論上是如此,但是要考慮到電容接腳焊點的阻抗,采用多個小電容並聯,效果並不一定突出。
3.ESR越低,效果越好。
結合我們上麵的提高的供電電路來說,對於輸入電容來說,輸入電容的容量要大一點。相對容量的要求,對ESR的要求可以適當的降低。因為輸入電容主要是耐壓,其次是吸收MOSFET的開關脈衝。對於輸出電容來說,耐壓的要求和容量可以適當的降低一點。ESR的要求則高一點,因為這裏要保證的是足夠的電流通過量。但這裏要注意的是ESR並不是越低越好,低ESR電(dian)容(rong)會(hui)引(yin)起(qi)開(kai)關(guan)電(dian)路(lu)振(zhen)蕩(dang)。而(er)消(xiao)振(zhen)電(dian)路(lu)複(fu)雜(za)同(tong)時(shi)會(hui)導(dao)致(zhi)成(cheng)本(ben)的(de)增(zeng)加(jia)。板(ban)卡(ka)設(she)計(ji)中(zhong),這(zhe)裏(li)一(yi)般(ban)有(you)一(yi)個(ge)參(can)考(kao)值(zhi),此(ci)作(zuo)為(wei)元(yuan)件(jian)選(xuan)用(yong)參(can)數(shu),避(bi)免(mian)消(xiao)振(zhen)電(dian)路(lu)而(er)導(dao)致(zhi)成(cheng)本(ben)的(de)增(zeng)加(jia)。
4.好電容代表著高品質。
“唯電容論”曾(zeng)經(jing)盛(sheng)極(ji)一(yi)時(shi),一(yi)些(xie)廠(chang)商(shang)和(he)媒(mei)體(ti)也(ye)刻(ke)意(yi)的(de)把(ba)這(zhe)個(ge)事(shi)情(qing)做(zuo)成(cheng)一(yi)個(ge)賣(mai)點(dian)。在(zai)板(ban)卡(ka)設(she)計(ji)中(zhong),電(dian)路(lu)設(she)計(ji)水(shui)平(ping)是(shi)關(guan)鍵(jian)。和(he)有(you)的(de)廠(chang)商(shang)可(ke)以(yi)用(yong)兩(liang)相(xiang)供(gong)電(dian)做(zuo)出(chu)比(bi)一(yi)些(xie)廠(chang)商(shang)采(cai)用(yong)四(si)相(xiang)供(gong)電(dian)更(geng)穩(wen)定(ding)的(de)產(chan)品(pin)一(yi)樣(yang),一(yi)味(wei)的(de)采(cai)用(yong)高(gao)價(jia)電(dian)容(rong),不(bu)一(yi)定(ding)能(neng)做(zuo)出(chu)好(hao)產(chan)品(pin)。衡(heng)量(liang)一(yi)個(ge)產(chan)品(pin),一(yi)定(ding)要(yao)全(quan)方(fang)位(wei)多(duo)角(jiao)度(du)的(de)去(qu)考(kao)慮(lv),切(qie)不(bu)可(ke)把(ba)電(dian)容(rong)的(de)作(zuo)用(yong)有(you)意(yi)無(wu)意(yi)的(de)誇(kua)大(da)。
B. 電容爆漿之麵麵談
爆漿的種類:
分兩類,輸入電容爆漿和輸出電容爆漿。
對於輸入電容來說,就是我是說的C1,C1對dui由you電dian源yuan接jie收shou到dao的de電dian流liu進jin行xing過guo濾lv。輸shu入ru電dian容rong爆bao漿jiang和he電dian源yuan輸shu入ru電dian流liu的de品pin質zhi有you關guan。過guo多duo的de毛mao刺ci電dian壓ya,峰feng值zhi電dian壓ya過guo高gao,電dian流liu不bu穩wen定ding等deng都dou使shi電dian容rong過guo於yu充chong放fang電dian過guo於yu頻pin繁fan,長chang時shi間jian處chu於yu這zhe類lei工gong作zuo環huan境jing下xia的de電dian容rong,內nei部bu溫wen度du升sheng高gao很hen快kuai。超chao過guo泄xie爆bao口kou的de承cheng受shou極ji限xian就jiu會hui發fa生sheng爆bao漿jiang。
對於輸出電容來說,就我說的C2,對dui經jing電dian源yuan模mo塊kuai調tiao整zheng後hou的de電dian流liu進jin行xing濾lv波bo。此ci處chu電dian流liu經jing過guo一yi次ci過guo濾lv,比bi較jiao平ping穩wen,發fa生sheng爆bao漿jiang的de可ke能neng性xing相xiang對dui來lai說shuo小xiao了le不bu少shao。但dan如ru果guo環huan境jing溫wen度du過guo高gao,電dian容rong同tong樣yang容rong易yi發fa生sheng爆bao漿jiang。爆bao,報bao也ye。采cai用yong垃la圾ji東dong西xi自zi然ran要yao爆bao,報bao應ying啊a。欲yu知zhi過guo去qu因yin者zhe,見jian其qi現xian在zai果guo;欲知未來果者,見其現在因。
電解電容爆漿的原因:
電容爆漿的原因有很多,比如電流大於允許的穩波電流、使用電壓超出工作電壓、逆向電壓、pinfandechongfangdiandeng。danshizuizhijiedeyuanyinjiushigaowen。womenzhidaodianrongyouyigezhongyaodecanshujiushinaiwenzhi,zhidejiushidianrongneibudianjieyedefeidian。dangdianrongdeneibuwendudadaodianjieyedefeidianshi,dianjieyekaishifeiteng,dianrongneibudeyalishenggao,dangyalichaoguoxiebaokoudechengshoujixianjiufashenglebaojiang。suoyishuowendushidaozhidianrongbaojiangdezhijieyuanyin。dianrongshejishiyongshoumingdayuewei2萬小時,受環境溫度的影響也很大。電容的使用壽命隨溫度的增加而減小,實驗證明環境溫度每升高10℃,電dian容rong的de壽shou命ming就jiu會hui減jian半ban。主zhu要yao原yuan因yin就jiu是shi溫wen度du加jia速su化hua學xue反fan應ying而er使shi介jie質zhi隨sui時shi間jian退tui化hua失shi效xiao,這zhe樣yang電dian容rong壽shou命ming終zhong結jie。為wei了le保bao證zheng電dian容rong的de穩wen定ding性xing,電dian容rong在zai插cha板ban前qian要yao經jing過guo長chang時shi間jian的de高gao溫wen環huan境jing的de測ce試shi。即ji使shi是shi在zai100℃,高品質的電容也可以工作幾千個小時。同時,我們提到的電容的壽命是指電容在使用過程中,電容容量不會超過標準範圍變化的10%。電容壽命指的是電容容量的問題,而不是設計壽命到達之後就發生爆漿。隻是無法保證電容的設計的容量標準。
所suo以yi,短duan時shi期qi內nei,正zheng常chang使shi用yong的de板ban卡ka電dian容rong就jiu發fa生sheng爆bao漿jiang的de情qing況kuang,這zhe就jiu是shi電dian容rong品pin質zhi問wen題ti。另ling外wai,不bu正zheng常chang的de使shi用yong情qing況kuang也ye有you可ke能neng發fa生sheng電dian容rong爆bao漿jiang的de情qing況kuang。比bi如ru熱re插cha拔ba電dian腦nao配pei件jian也ye會hui導dao致zhi板ban卡ka局ju部bu電dian路lu電dian流liu、電壓的劇烈變化,從而引發電容使用故障。
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