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容碩貼片鋁電解頻率特性與阻抗

  • 發(fā)布時(shí)間: 2023-06-20

對(duì)于中小輸出功率開(kāi)關(guān)電源的工作頻率除少數(shù)因價(jià)格限制而仍采用20~40kHz外,大多數(shù)均在50kHz以上;DC/DC電源模塊大多在300kHz以上;大功率開(kāi)關(guān)電源的開(kāi)關(guān)頻率受主開(kāi)關(guān)(一般采用IGBT)的開(kāi)關(guān)速度限制而一般在20~40kHz。盡管開(kāi)關(guān)頻率有所不同,但是開(kāi)關(guān)電源的輸出整流濾波電容器的作用基本相同,容碩貼片鋁電解主要是通過(guò)利用濾波電容器吸收開(kāi)關(guān)頻率及其高次諧波頻率的電流分量而濾除其紋波電壓分量。

 


在開(kāi)關(guān)電源輸出端用的濾波電容,與工頻電路中選用的濾波電容并不一樣,在工頻電路中用作濾波的普通貼片電解電容器,其上的脈動(dòng)電壓頻率僅有100Hz,充放電時(shí)間是毫秒數(shù)量級(jí),為獲得較小的脈動(dòng)系數(shù),需要的電容量高達(dá)數(shù)十萬(wàn)微法,因而一般低頻用普通鋁電解電容器制造目標(biāo)是以提高電容量為主,電容器的電容量、損耗角正切值以及漏電流是鑒別其優(yōu)劣的主要參數(shù)。

 


在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中作為輸出濾波用的貼片電解電容器,由于大多數(shù)的開(kāi)關(guān)電源工作在方波或矩形波的狀態(tài),含有及其豐富的高次諧波電壓與電流,其上鋸齒波電壓的頻率高達(dá)數(shù)十千赫,甚至數(shù)十兆赫,它的要求和低頻應(yīng)用時(shí)不同,電容量并不是主要指標(biāo),衡量它好壞的則是它的阻抗頻率特性,如圖3所示。

 

  某47μF/350V鋁電解電容器的阻抗頻率特性

 

由圖可知,隨著頻率的升高,容抗下降、感抗上升,容抗等于感抗并相互抵消時(shí)的頻率為鋁電解電容器的諧振頻率,這時(shí)的阻抗最低,僅剩下ESR。如果ESR為零,則這時(shí)的阻抗也為零;頻率繼續(xù)上升,感抗開(kāi)始大于容抗,當(dāng)感抗接近于ESR時(shí),阻抗頻率特性開(kāi)始上升,呈感性,從這個(gè)頻率開(kāi)始以上的頻率下電容器時(shí)間上就是一個(gè)電感。

 

 

由于制造工藝的原因,電容量越大,寄生電感也越大,諧振頻率也越低,電容器呈感性的頻率也越低。這就要求它在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻段內(nèi)要有低的等效阻抗,同時(shí),對(duì)于電源內(nèi)部,由于半導(dǎo)體器件開(kāi)始工作所產(chǎn)生高達(dá)數(shù)百千赫的尖峰噪聲,亦能有良好的濾波作用,一般低頻用普通電解電容器在10kHz左右,其阻抗便開(kāi)始呈現(xiàn)感性,無(wú)法滿(mǎn)足開(kāi)關(guān)電源使用要求。

 

用于開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源輸出整流的貼片電解電容器,要求其阻抗頻率特性在300kHz甚至500kHz時(shí)仍不呈現(xiàn)上升趨勢(shì)。電解電容器ESR較低,能有效地濾除開(kāi)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(kāi)始呈現(xiàn)上升趨勢(shì),用于開(kāi)關(guān)電源輸出整流濾波效果相對(duì)較差。筆者在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),普通CDII型中4700μF,16V電解電容器,用于開(kāi)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(shí)普通電解電容器溫升相對(duì)較高。當(dāng)負(fù)載為突變情況時(shí),用普通電解電容器的瞬態(tài)響應(yīng)遠(yuǎn)不如高頻電解電容器。

 

開(kāi)關(guān)電源為了高效率而提高了工作頻率的高頻化,特別是小型高輸出開(kāi)關(guān)電源中輸入濾波用電容器要求高紋波性,輸出端低阻抗化。要使輸出濾波用電容器在高頻下低阻抗化,必須降低等效串聯(lián)電阻。

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