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电源适配器铝电解电容器的选用

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来源:路盛源官网 发布时间:2013-06-21 22:09:54

电源适配器铝电解电容器的选用

 铝电解电容器是以电化学的作用为基础构成的元件。电解电容是电容的一种介质有电解液涂层有极性,分正负不可接错。电容(Electric capacity),由两个金属极,中间夹有绝缘材料(介质)构成。电解电容器特点一:单位体积的电容量非常大,比其它种类的电容大几十到数百倍。电解电容器特点二:额定的容量可以做到非常大,可以轻易做到几万μf甚至几f(但不能和双电层电容比)。电解电容器特点三:价格比其它种类具有压倒性优势,因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料,比如铝等等。制造电解电容的设备也都是普通的工业设备,可以大规模生产,成本相对比较低。

热对电容器的寿命有很大的影响。电源设备的主电路、输入侧、输出侧各个滤波器用铝电解电容器部流过波纹电流,所以波纹电流引起的电容器自身的发热也会影响到寿命。电解电容器的寿命可以说与其自身的发热量和环境温度有关,在稍微超过一点电容器的最高使用温度的范围内,认为元件温度每上升10℃电容器的寿命减少一半(阿雷尼厄斯10度法则)。在使电容器的元件温度保持在90℃不变的几个条件下,随时掌握电容器的重量减少量。而改变温度所引起的重量减少量比加直流电压所引起的重量减少量要多,增加10℃对的减少量为加电压时的二倍。

    影响电解电容器的寿命的主要原因是“由于电解液的减少引起的特性恶化,此原因和前述的电容器寿命”10℃减半“的说法非常一致。在把环境温度和高频(80KHz)波纹电流值组合起来的几个条件,电容器的等效串联电阻、ESR时效变化,在高频(10KHz以上)和在低频(1KHz)以下有很大的差别。如波纹电流引起的自身发热超过15℃所示,在加上高波纹的条件下的ESR,与只加值流的情况相比,在低频侧的ESR的变化大大地增加,这表明氧化膜的损耗电阻增加。因此引起静电电容量减少。在输入侧滤波器电路等低波纹或低波纹为主的电路中,环境温度和电容器本身发热引起的温度上升的和看做是一样的条件,但不得不认为寿命并不一样。

    由此得出以下两条结论:
    ①如果知道环境温度,则利用环境温度修正系数和频率系数(根据电容署的ESR的频率特性而设定的系数)求出在这个条件下的最大容许值,弄清楚在铝电解电容器上可能流过的波纹电流是否在容许值内。
    ②实际测量电源设备内的温度以及电容器自身发热引起的元件温度,弄清楚热应力的大小程度,对于选择电容器是有益的。

在发热体近旁等环境温度高的地方,把温度的定额提高一个档次。如前历述,在低额波纹时,如果电流过大,则即使元件温度在容许温度以下,也会引起氧化膜的损耗电阻随时间的推移而增大,所以希望认识到自身发热引起的温度上升值。在一般输入用电容器的情况下,如果假设在环境温度为50℃以下时,自身发热引起的温度上升值为10℃在环境温度为50℃一85℃时,自身发热引起的温度上升为5℃以下,副以元件温度为基础,每增加10℃寿命降低一半。在另一方面,采用吹风冷却使温度上升值减小的方法也是有效的。

电源适配器在选用电解电容的时候要注意以下一些重要参数:

1.耐电压

根据国际IEC 384-4规定,低于315V时,Vs=1.15×WV,高于315V时,Vs=1.1×WV。Vs是涌浪电压,WV是额定电压(working voltage)。

2.散逸因数dissipation factor (DF)

散逸因数dissipation factor (DF) 存在于所有电容器中,DF值越小表明电容损耗越小,性能也就越好。但铝电解电容的损失角相当高。DF值与温度、容量、电压、频率......都有关系;当容量相同时,耐压愈高的DF值就愈低。此外温度愈高DF值愈高,频率愈高DF值也会愈高。

3.漏电流(leakage current)

   它的计算公式是:I=K×CV。I的单位是μA,K是常数.电容器容量愈高,漏电流就愈大。如果你有容量愈大平滑效果愈好的想法,这个「漏电流」也请考虑在内。

4.等效串联电阻(ESR)

容量愈大 ESR愈低;

额定电压愈大ESR愈低;

低频时ESR高,高频时ESR低;

温度愈低,ESR愈高。

良好的电路设计,应该考虑到低温时的ESR值.

注意:在开关电路中过低的ESR值容易引起振荡

等效串联电阻相当于耗能元件,它的损耗功率变成热量,从而影响了电容的寿命。

ESR值大的电容温升高.

阿雷尼厄斯10度法则 

5.耐纹波电流(Irac)
 前面谈到的DF值、漏电流、ESR值...等,其值都是愈低愈好,但现在要提的耐纹波电流ripple current却是愈高愈好。特别是在大电流输出场合,电源平滑滤波电容器的耐纹波电流Irac就显得格外重要。

低频纹波以120Hz做标准
高频纹波以 10KHz做标准
电容器耐纹波电流的能力与频率刚好成正比
锁螺丝式电容的耐纹波电流能力通常比插PC板式来得高。