2 开关电源输出滤波用电解电容器应注意

　　的问题

　　排除开关电源电路的拓扑和电路设计中的不合理因素对开关电源输出滤波电容器的影响,在选择开关电源输出滤波电容器时应该注意以下几点:

　　2.1 额定电压问题

　　由于开关电源输出电压一般不会出现过电压,因而输出滤波电容器的额定电压不必选得很高,通常比开关电源输出电压高一个电压等级即可。比如开关电源输出48V电压,那么选择额定电压是63V的电解电容器就可以。

　　2.2 等效串联电阻ESR

　　对于中小功率开关电源的工作频率大多在50kHz以上,DC/DC电源模块大多在300kHz以上;大功率开关电源的工作频率受到主开关管(比如IGBT)开关速度的限制而一般在20～40kHz。尽管开关频率有所不同,但是开关电源的输出整流滤波电容器的作用基本相同,主要是吸收开关电源高次谐波频率的电流分量而滤除其纹波电压分量;在电路中表现为将交流电流分量的大部分分流到滤波电容器中,使输出电流没有或有非常少的交流电流分量。由于大多数开关电源工作在方波或矩形波状态,因而含有极其丰富的高次谐波电压和电流。这就要求滤波电容器应具有很好的阻抗频率特性,由于开关电源频率一般在20kHz以上,在这个频率及常温情况下,以1000μF/16V铝电解电容为例,其ESR大约在几十到几百毫欧之间,而在20kHz时该电容的容抗约为7.96mΩ,显而易见,普通型铝电解电容的ESR明显高于其容抗,也就是说决定输出电压纹波的不再是铝电解电容器的电容量,而是铝电解电容的ESR。因此,为获得较好的高频滤波效果,应尽可能降低滤波电容的ESR,即开关电源输出整流滤波应选用低ESR的铝电解电容。一般来说,电解液的电阻是铝电解电容器等效串联电阻(ESR)的主要部分。低等效串联电阻的铝电解电容器实际上是采用低电阻率电解液。如果还需要降低电解电容的等效串联电感,则在铝电解电容器的绕制工艺和电极引出上应采用降低寄生电感措施,比如电极焊接采用激光冷焊。

　　由于铝电解电容器的等效串联电阻会随温度的变化而变化,纹波电流值也会相应发生变化,因而在开关电源输出滤波电容器选择时应该注意不同频率和不同温度对电解电容器的影响。一般铝电解电容器制造厂家会对其高频低阻电容器产品提供不同温度和不同频率下可承受的纹波电流的变化系数,以方便客户选型。

　　3 铝电解电容器的其他问题

　　还有一些是铝电解电容器使用过程中常见的问题,在开关电源中也会遇到。

　　3.1 铝电解电容器漏电流问题

　　漏电流是氧化膜介质的体积漏导电流(氧化膜表面损伤、杂质、疵点、晶格缺陷等引起)与通过元件表面的漏电流(元件表面的粗糙度、清洁度、环境的温湿度等引起)之和。刚施加电压时,漏电流较大,随着时间的延长,漏电流会逐渐减小并最终保持稳定。漏电流会随着温度和电压的升高而增大。

　　漏电流会消耗电解液,因而漏电流变大对铝电解电容器损伤很大。铝电解电容器在无电压状态下存储,在应用前需要进行赋能,即铝电解电容器的性能经过一段时间施加电压可以恢复。另外,带有铝电解电容器的电路在存储期间应该每年加电一次,时间大概几个小时,以保证在继续存储时保证电路中铝电解电容器的性能。在电路已经达到或超过存储年限以上时,使用时应该先让铝电解电容器工作在无负载状态下空载一小时,使电容器得到恢复,以防止过大的漏电流和纹波电流的共同作用使铝电解电容器过热而导致“爆炸”事故发生。

　　3.2 铝电解电容器安装中的问题

　　在具体安装时还要注意:铝电解电容器对电源的MTBF(平均无故障时间)影响很大,因此在使用时应当给予足够的重视。比如因为电容器老化与温度紧密相关,多个铝电解电容器安装在一起时,电容器之间应当留有空隙,以便于散热。

　　铝电解电容器安装时还要注意尽量不要靠近功率器件和发热源;不能接反极性;焊接时,注意焊接引线、外壳经受的温度在限制值以下;已安装在 PCB上的电容不得强迫拉压或歪扭等等。

　　4 结束语

　　在开关电源应用中选择铝电解电容器,务必注意铝电解电容器适用的温度、寿命、纹波电流、ESR、外形尺寸等参数。从发展的角度看,开关电源电路中直流支撑部分选用的铝电解电容器趋向于大纹波、长寿命;而输出滤波部分铝电解电容器一般选用高频低阻型电容器产品。（游米儿）