聊一聊电容的相关知识

在开关开源中，我们会应用到大量的电容器件，每一种电容都有它自己的特性，不会只使用一种类型的电容。一个设计非常成功的电力电子作品，必须对不同的应用场合，选用不同的电容。

1.对电容的应用场合做一个简单的划分

铝电解电容—用于需要大容量、小体积的场合，如变换器的输入、输出；

钽电容—用于需要中等电容量的场合，如变换器的输入、输出

陶瓷电容—用于定时与信号电路

多层陶瓷电容—用于低ESR的场合(如变换器输入输出端与电解电容并联)

塑料电容—用于高dv/dt的场合，如准谐振变换器

2.对电容的应用场合做一个简单的划分

在上一期我们讲到(电力电子器件篇之电阻)，PCB上的电阻不能无限大，同理，电容也存在一个实际可用的最小值。两个相互靠的很近的表面会形成一个电容，这个并联电容的电容量可以大于你正在使用的外接电容。

实用提示：避免使用小于22pF的电容，除非已经采取了特别的预防措施。

3.ESR和功率损耗

实用提示：100kHz时电容的ESR无法从在频率为120Hz时给定的数据中得到。ESR除了是频率f函数之外，还和温度有关。在-25℃时，ESR的数值几乎可以是25℃时的3倍！要得到近似的ESR，至少需要知道所期望的工作频率的阶次。

实例

已知在100kHz时，电源的输出电流纹波为1App，电压纹波50mV。首先，这个脉动可以等效为一个大电容:1A×(1/100kHz)= 10μC，因此,即使忽略ESR，也需要一个C= Q/V =10uC/50mV = 200pF的电容。那么，可以假定，至少需要两个100pF的电解电容。通常，这种尺寸大小的电容在室温下的ESR大约为100mΩ。如果电压纹波要降至50mV，那么ESR为50mV/1A( = 50mΩ)，需要两个电容并联才能做到。但是，当温度为-25℃，每个电容的ESR大约为300m，因此，实际上需要6个电容。这个温度下，由ESR产生的纹波是50mV，而由电容产生的纹波只有大约17mV；由于电阻和电容的相位不同，总的纹波约为l a =[(50mV)+(17mV)']12 = 53mV。很显然，设计一个大容量滤波器时，ESR常常要比总的电容值还要重要。

4.老化

尽管老化这个问题很容易被忽视，所谓的“电源寿命1000h”实际上是对电解电容而言的。如果把电源放在对其进行考核的温度条件下工作，或者需要连续工作几年，那么就要选择2000h，甚至更好的5000h的电容。当使用年限接近额定的老化年限的时候，电容值就会下降，纹波增加，直到不能满足要求。这不是随意说说的事情。也许，很多人不愿意等待一年左右的时间，才能观察到性能变差，可以通过寿命加速的测试试验，很快能够清楚的显示电容之间的差异。

然而,值得庆幸的是,温度每下降10℃,电容的寿命就可以加倍,因此,85℃时额定寿命为2000h的电容，在平均温度为25℃时，可以持续工作2000hx2 = 128000h= 16年。

实用提示:需要先搞清楚，以上的电容寿命计算中使用的是平均温度，而不是工作中的最高温度，也不是额定温度——否则，将无法找到这么长寿命的电容。

5.电容的串联

如果电容的额定电压不能达到所需要那么高，不妨把两个(或多个)电容串联起来。(整流输出中,)两个电容串联组成的一个分电压电路，如果其中的一个电容容量比另一个电容小的话，小电容将比大电容承受更高的电压。实际中不推荐这种设计法，但是如果需要，也可以尝试给每个电容并联一个电阻，如图下图所示。这会有助于电压的平衡。

电容串联的实际连接法