开关电源的设计与电容选择知识

（二）输入整流滤波电容器 需要多高耐压？
85~264V交流输入对应最高整流输出电压 约370V可以选择耐压为400V的铝电解电容 器 带有PFC的整流滤波输出电压380~420V， 以选择耐压为450V的铝电解电容器
为什么不能用400V耐压的铝电解电 容器？
主要考虑的是高温下在额定电压或高于额 定电压尽管铝电解电容器可以工作，不会 击穿，但是由于在高温下漏电流的高幅值 漏电流会明显缩短铝电解电容器的寿命
（三） 工频输入整流滤波电 容器的选择
从整流滤波角度考虑滤波电容器
整流滤波所需要的电容量； 对于一般的开关电源对整流输出电压纹波 电压要求考虑： 220V交流输入条件下，需要滤波电容器为 1μF/ W ； 85~264V交流输入条件下，需要滤波电容器 为3μF/ W 。
滤波电容器吸收的纹波电流
钽电解电容器主要有
“标准”钽电解电容器，一般性能的开关电 源整流输出和电子线路电源旁路 低阻钽电解电容器，可以使整流输出滤波 性能比“标准”钽电解电容器好，可以承 受更高的纹波电流 超低阻钽电解电容器，性能比低阻钽电解 电容器还好，特别适用于高频DC/DC模块 聚合物钽电解电容器，只是很低电压的应 用，具有电解电容器最低的阻抗喝醉高的 纹波电流承受能力
EPCOS的B43697电子镇流器用 铝电解电容器的过电压寿命特性
铝电解电容器的寿命与温度、纹波 电流的关系
！
三、开关电源中的铝电解电容器
1 输入整流滤波 2 输入旁路 3 输出整流滤波
（一）输入整流滤波电容器的作 用
1 平滑整流后电压，需要足够的电容量、 吸收来自于整流输出的纹波电流 2 平滑并支撑PFC输出电压 3 为后面的逆变器提供低阻抗，旁路来自于 逆变器高频纹波电流
对于电容输入式滤波，滤波电容器吸收的 纹波电流有效值大约为整流输出电流平均 值的2~3倍！大约为15~20mA/W。 不同的电路拓扑所产生的开关频率的纹波 电流是不一样的。 反激式开关电源约为12mA/W；单管正激式 开关电源约为10mA/W；桥式、推挽式开关 电源约为7mA/W。
电解电容器能够承受的纹波电流
一个400V/100μF爪式引脚电解电容器允许流过的 纹波电流在0.5~0.7A左右，其额定纹波电流承受 值仅能满足60W以下的开关电源的滤波要求； 一个400V/470μF爪式引脚电解电容器允许流过的 纹波电流在1.7A左右，仅能满足150W以下的开关 电源的滤波要求； 对于220V输入电压等级，按1 μF/ W的选择将不 能满足电容器所能承受的纹波电流要求，至少要 达到3μF/ W 。 也可以采用多只小电容量电容器并联来满足纹波 电流要求。例如3只400V/100μF爪式引脚电解电 容器的纹波电流承受能力将比400V/470μF爪式引 脚电解电容器大。
影响铝电解电容器寿命的的因素 （应用条件）
高温缩短铝电解电容器寿命 高纹波电流缩短铝电解电容器寿命 工作电压过高缩短铝电解电容器寿命
二、影响铝电解电容器寿命的 参数与应用条件
工作电压与漏电流的关系
工作电压与漏电流的关系
CDE生产的450V/4700μF/85℃铝电解电容 器的漏电流与施加电压的关系
应用铝电解电容器必须考虑的问题
铝电解电容器的失效
一、铝电解电容器失效的最主要 原因
电解液干涸！
1、电解液干涸的原因
电解液自然挥发 电解液的消耗
电解液自然挥发
电解液的挥发速度随温度的升高 电解液的挥发速度与电容器的密封质量有 关，无论在高温还是在低温条件下都要有 良好的密封性
电解液的消耗
漏电流所引起的电化学效应消耗电解液 铝电解电容器的寿命随漏电流增加而减少 漏电流随温度的升高而增加： 25℃时漏电 流仅仅是85℃时漏电流的不到十分之一 漏电流随施加电压升高而增加：耐压为 400V的铝电解电容器在额定电压下的漏电 流大约是90%额定电压下的漏电流的5倍。
（四）DC/DC变换器输入旁路电容器
作用：电源旁路，阻止变换器产生的高频 纹波电流进入供电电源
（五）输出整流滤波电 容器 需要注意的问题
输出整流滤波电容器
对输出滤波电容器的基本要求： 1. 在不太高的开关频率时，为了滤除开关 频率下的纹波电压/纹波电流，需要考虑足 够的电容量，这时只能选择电解电容器； 2. 为了滤除更高频率的纹波电压/纹波电流， 要求输出整流滤波电容器应具有尽可能地 的ESR、ESL。
开关电源中的电解电容器的选 择与应用
电解电容器是开关电源中的非常关 键的元件
通常，开关电源的可靠性取决于电解电容 器的性能与选择 电解电容器可以分为铝电解电容器、钽电 解电容器和聚合物电解电容器
铝电解电容器又可分为
高频低阻抗电解电容器，主要用于开关电 源输出滤波，以及DC/DC变换器和高电源 纹波电流电子线路的电源旁路 高压电解电容器，主要用于开关电源输入 整流滤波 聚合物电解电容器：，主要用于开关电源 输出滤波 普通用途电解电容器，主要用于一般低电 压50Hz的整流滤波，电子线路的电源旁路
按寿命小时数铝电解电容器可以分为： 一般用途（常温，3年以内）：1000小时 一般用途（常温，希望比较长的时间）： 2000小时以上 工业级：更长的寿命小时数
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影响铝电解电容器寿命的的因素 （温度2）
温度每升高10℃，寿命小时数减半
影响铝电解电容器寿命的的因素 （电解液）
电解液的多与寡决定铝电解电容器的寿命
温度与漏电流的关系
CDE生产的450V/4700μF/85℃铝电解电容 器的漏电流与环境温度的关系
温度、电压、纹波电流共同作用对 寿命的影响
以EPCOS的B43697电子镇流器用铝电解 电容器为例。 在不同的电压与温度条件下的铝电解电容 器寿命不同
EPCOS的B43697电子镇流器用 铝电解电容器降额寿命特性
电解液干涸的时间就是铝电解电 容器的寿命
2、影响铝电解电容器寿命的的因素 （温度1）
根据铝电解电容器的电解液的不同，铝电 解电容器的最高工作温度可分为： 一般用途：85℃ 一般高温用途：105℃ 特殊高温用途：125℃ 汽车发动机舱：140~150℃
影响铝电解电容器寿命的的因素 （额定寿命小时数）