0769-8213-6991

​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​专注于:3D打印机开关电源/设备开关电源的定制生产厂家

137-1288-9967

郎女士:

座    机:

​​东莞市成良智能科技有限公司​​​​
您的当前位置:​​​​
应用领域
开关电源之电路板设计中电容使用情况说明
来源:东莞市成良智能科技 | 作者:666power | 发布时间: 1620天前 | 849 次浏览 | 分享到:
工程师都知道,电容在开关电源电路设计过程中最容易忽略的环节。其实,作为一款优秀的设计,开关电源设计应当是很重要的,它很大程度影响了整个系统的性能和成本。
介绍一下开关电源电路板设计中的电容使用情况。这往往又是开关电源设计中最容易被忽略的地方。大家对电容的概念大多还停留在理想的开关电源之电容阶段,一般认为电容就是一个C。却不知道电容还有很多重要的参数,也不知道一个1uF的瓷片电容和一个1uF的铝电解电容有什么不同。

工程师都知道,电容在开关电源电路设计过程中最容易忽略的环节。其实,作为一款优秀的设计,开关电源设计应当是很重要的,它很大程度影响了整个系统的性能和成本。
介绍一下开关电源电路板设计中的电容使用情况。这往往又是开关电源设计中最容易被忽略的地方。大家对电容的概念大多还停留在理想的开关电源之电容阶段,一般认为电容就是一个C。却不知道电容还有很多重要的参数,也不知道一个1uF的瓷片电容和一个1uF的铝电解电容有什么不同。  

c:电容容值。一般是指在1kHz,1V等效AC电压,直流偏压为0V情况下测到的,不过也可有很多电容测量的环境不同。但有一点需注意,电容值C本身是会随环境发生改变的。   ESL:电容等效串联电感。电容的管脚是存在电感的。在低频应用时感抗较小,所以可以不考虑。当频率较高时,就要考虑这个电感了。ESR:电容等效串联电阻。

无论哪种电容都会有一个等效串联电阻,当开关电源之电容工作在谐振点频率时,电容的容抗和感抗大小相等,于是等效成一个电阻,这个电阻就是ESR。因电容结构不同而有很大差异。铝电解电容ESR一般由几百毫欧到几欧,瓷片电容一般为几十毫欧,钽电容介于铝电解电容和瓷片电容之间。   当然,电容相关的参数还有很多,不过,设计中最重要的还是C和ESR,下面简单介绍一下我们常用到的三种电容:铝电解电容,瓷片电容和钽电容。

 1、开关电源之铝电容是由铝箔刻槽氧化后再夹绝缘层卷制,然后再浸电解质液制成的,其原理是化学原理,电容充放电靠的是化学反应,电容对信号的响应速度受电解质中带电离子的移动速度限制,一般都应用在频率较低(1M以下)的滤波场合,ESR主要为铝萡电阻和电解液等效电阻的和,值比较大。铝电容的电解液会逐渐挥发而导致电容减小甚至失效,随温度升高挥发速度加快。温度每升高10度,电解电容的寿命会减半。如果电容在室温27度时能使用10000小时的话,57度的环境下只能使用1250小时。所以开关电源之铝电解电容尽量不要太靠近热源。


2、开关电源之瓷片电容存放电靠的是物理反应,因而具有很高的响应速度,可以应用到上G的场合。不过,瓷片电容因为介质不同,也呈现很大的差异。性能最好的是C0G材质的电容,温度系数小,不过材质介电常数小,所以容值不可能做太大。而性能最差的是Z5U/Y5V材质,这种材质介电常数大,所以容值能做到几十微法。但是这种材质受温度影响和直流偏压(直流电压会致使材质极化,使电容量减小)影响很严重。下面我们看一下C0G、X5R、Y5V三种材质电容受环境温度和直流工作电压的影响。陶瓷电容有一个很大的缺点,就是易碎。所以需要避免磕碰,尽量远离电路板易发生形变的地方。 
  
3、开关电源之钽电容无论是原理和结构都像一个电池。
钽电容拥有体积小、容量大、速度快、ESR低等优势,价格也比较高。决定钽电容容量和耐压的是原材料钽粉颗粒的大小。颗粒越细可以得到越大的电容,而如果想得到较大的耐压就需要较厚的Ta2O5,这就要求使用颗粒大些的钽粉。所以体积相同要想获得耐压高而又容量大的钽电容难度很大。钽电容需引起注意的另一个地方是:钽电容比较容易击穿而呈短路特性,抗浪涌能力差。很可能由于一个大的瞬间电流导致电容烧毁而形成短路。这在使用超大容量钽电容时需考虑(比如1000uF钽电容)。   
 
 一般滤波主要使用大容量电容,对速度要求不是很快,但对电容值要求较大。一般使用开关电源之铝电解电容。浪涌电流较小的情况下,使用钽电容代替铝电解电容效果会更好一些。从上面的例子我们可以知道,作为退耦电容,必需有很快的响应速度才能达到效果。滤波电容的容量往往都可以从开关电源芯片的数据手册里找到计算公式。如果滤波电路同时使用电解电容、钽电容和瓷片电容的话,把电解电容放的离开关电源最近,这样能保护钽电容。瓷片电容放在钽电容后面。这样可以获得最好的滤波效果。

退耦电容需要满足两个要求,一个是容量需求,另一个是ESR需求。也就是说一个0.1uF的电容退耦效果也许不如两个0.01uF电容效果好。而且,0.01uF电容在较高频段有更低的阻抗,在这些频段内如果一个0.01uF电容能达到容量需求,那么它将比0.1uF电容拥有更好的退耦效果。