试论电源设计中的电容选用规则

    张春春

    摘要：在电源中电容的基本工作是进行充电与放电，同时还伴随整流、振荡及其他相关作用。电容的结构十分简单，由正负两极与中间的绝缘介质构成。文章主要就电源设计中的电容选用规则进行探析。

    关键词：电源设计；电容选用；滤波电容器

    在进行电路设计的过程中，电源设计是十分重要的环节之_。成功、完整的电路设计中电源占据着十分重要的位置，其很大程度上影响了电路系统的使用性能与运行成本。通信电源设计中的电容就是容纳与释放电荷的电子元器件。

    1 电源设计中电容的应用

    1.1 旁路

    旁路电容即给本地器件提供能量的元件，类似于微型可充电电池，其可以充电使用，并且针对器件进行放电。为了尽可能地降低阻抗，旁路电容要尽可能接近负载器件的供电电压管脚与地管脚，以避免由于输入值过大产生噪音或者地电位上升。

    1.2 去耦

    去耦，即为解耦。一般来说，可以将电路分为驱动的源及被驱动的负载。假如开关电源负载电容相对较大，驱动电路则会充电、放电，进而完成信号的变更，在这一过程中会出现一种噪声，对前级的正常工作产生影响。该噪声即为耦合。去耦电容就是实现电池的作用，以满足驱动电路电流的改变，避免相互间出现干扰或影响。去耦合电容通常较大，一般为10uF或以上，具体根据电路中分布参与及驱动电流的大小来决定。旁路与去耦的区别就在于旁路是将输入信号中的干扰当作过滤对象，而去耦则是将输出信号的干扰当作过滤对象。

    1.3 滤波

    电容的作用就是通高阻低，让高频通过，阻止低频通过。电容越大，低频通过越容易；电容越小，高频通过越容易。在滤波中大电容过滤低频，小电容过滤高频。当频率越高，峰值电流就越大，进而缓冲了电压。因此，滤波即为充电、放电的过程。在通信电源中，为了避免电路各个部分供电电压由于负载变化而改变，在通信电源的输出端与负载的电源输入端通常都有相应的电解电容。而大容量的电解电容通常都有一定的电感，因此无法有效地过滤高频与脉冲干扰信号，因此在其两端并联容量为0.1pF左右的电容，以过滤高频与脉冲的影响。

    1.4 储能

    储能型电容器通过整流器来收集电荷，并且将存储的能力利用变换器引线传递到电源的输出端。根据不同的通信电源要求，元件一般会使用串联、并联或者其他组合的方式。对于功率超过10kW的开关电源通常都是使用体积比较大的罐形螺旋端子电容器。

    2 电源设计中的电容器选择

    2.1 滤波电容器

    交流电通过整流后需要使用电容器滤波，使得输出的电压变得平滑，因此电容器的容量要相对较大，通常大多使用铝电解电容器。使用DC/DC开关输入滤波电容器，由于开关变换器是通过脉冲弄的形式来获取电能的，因此滤波电容器中流通较大的高频电流，当电解电容器等效串联较大的时候，将会出现大量损耗，从而导致电解电容器发热。在开关稳压电源中的电解电容器起到输出滤波的作用，其上锯齿波电压的频率达到数十千赫，阻抗频率的特性成为其衡量标准。另外，对于半导体器件在运作中发出的噪声需要过滤，因此通常低频使用普通电解电容器在10kHz左右便无法满足开关电源的使用需求。

    2.2 吸收与换相电容器

    伴随着半导体器件额定功率的增加、开关速度的提升、额定电压的上升，缓冲电路的电容器的耐压、容量与高频特性依然难以满足需求。无感电容、金属化电容以及金属箔电容在电路使用中的作用与效果都不同。电容器的大小将会影响电容器的dv/dt以及峰值电流的耐量。通常来说，长度与dv/dt与峰值电流之间呈现负相关。吸收电路中电容器的特征是高峰值电流的占空较小，有效值电流有限。

    2.3 谐振电容器

    谐振式开关稳压电源与晶闸管中频电源谐振回路中的谐振电容器在工作时通常都会出现很大的电流。如果谐振电容器选择失误，会导致设备损坏。在包含了电容与电感的电路当中，如果电容与电感是处于并联状态的，那么在某一段时间内电容的电压逐渐上升，而电流却持续变小，同时，电感的电流处于持续上升的状态，电感的电压却慢慢下降。而在另外一个时间段，电容的电压逐渐变低，而电流却逐渐增加。同时，电感的电流却逐渐减小，电感的电压逐渐升高。电压可以上升到最大值，电压的降低也可以获得负的最大值。这种现象被称为电路振荡，电路振荡维持的阶段即为谐振。

    3 结语

    在电源设计过程中不同性能的设备需要不同性能的电容器，在选择电容器的过程中要充分考虑各个要素，不能滥用、混用，以免出现安全问题或设备损害，导致设备无法正常运行。