分析电源设计中的电容选用实例

开关稳压电源具有多功能综合保护：稳压器除了最基本的稳定电压功能以外，还应具有过压保护(超过输出电压的+10%)、欠压保护(低于输出电压的-10%)、缺相保护、短路过载保护最基本的保护功能。尖脉冲抑制(可选)：电网有时会出现幅值很高，脉宽很窄的尖脉冲，它会击穿耐压较低的电子元件。稳压电源的抗浪涌组件能够对这样的尖脉冲起到很好的抑制作用。

高频铝电解电容器还有多芯的形式，它将铝箔分成较短的若干小段，用多引出片并联连接以减小容抗中的电阻成份，同时，采用低电阻率的材料并用螺杆作为引出端子，以增强电容器承受大电流的能力。

叠片电容也称为无感电容，一般电解电容器的芯子都卷成圆柱形，等效串联电感较大;叠片电容的结构和书本相仿，因流过电流产生的磁通方向相反而被抵消，因而降低了电感的数值，具有更为优良的高频特性，这种电容一般做成方形，便于固定，还可以适当减小占机体积。

2.吸收与换相电容器

随着栅控半导体器件的额定功率越做越大，开关速度越来越快，额定电压越来越高，对缓冲电路的电容器仅仅要求足够的耐压、容量及优异的高频特性是不够的。

在大功率电力电子电路中，由于IGBT 的开关速度已小于1μs，要求吸收电路电容器上的电压变化速率dv/dt> V/μs 已是很正常的，有的要求 V/μs 甚至 V/μs。

对于普通电容器，特别是普通金属化电容器的dv/dt100V/μs，特殊金属化电容器的dv/dt≤200V/μs，专用双金属化电容器小容量(小于10nF)的dv/dt≤1500V/μs，较大容量(小于0.1μF)的则为600V/μs，在这种巨大且重复率很高的峰值电流冲击下是很难承受的。损坏电力电子电路的现象。

目前吸收电路专用电容器，即金属箔电极可承受较大的峰值电流和有效值电流冲击，如：较小容量(10nF 以下)的可承受100000V/μs～455000V/μs 的电压变化率、3700A 峰值电流和达9A 有效值电流(如CDV30FH822J03);较大容量(大于10nF，小于0.47μF)或较大尺寸的可承受大于3400V/μs 以及1000A 峰值电流的冲击。

由此可见，尽管同是无感电容、金属化和金属箔电容，应用在吸收电路中将有不同的表现，外形相近但规格不同在这里是绝对不能互换的。电容器的尺寸将影响电容器的dv/dt 及峰值电流的耐量，一般而言，长度越大dv/dt 和峰值电流则相对较小。

吸收电路中电容器的工作特点是高峰值电流占空比小，有效值电流不十分高，与这种电路相似的还有晶闸管逆变器的换相电容器，尽管这种电容器要求的dv/dt 较吸收电容器小，但峰值电流与有效值电流均较大，采用普通电容器在电流方面不能满足要求。

在某些特殊应用中要求储能电容器反复急促放电，而且放电回路电阻极低、寄生电感很小，在这种场合下只能将吸收电容并联使用以保证长期使用的可靠性。

3.谐振电容器

谐振式变换器，如谐振式开关稳压电源及晶闸管中频电源谐振回路中的谐振电容器，工作时往往流过很大电流。又如电子镇流器的谐振电容规格选择不当时，会出现电容上电压虽没达到击穿电压但由于流过较大的谐振电流而损坏的现象。

在含有电容和电感的电路中，如果电容和电感并联，可能出现在某个很小的时间段内：电容的电压逐渐升高，而电流却逐渐减少;与此同时电感的电流却逐渐增加，电感的电压却逐渐降低。而在另一个很小的时间段内：电容的电压逐渐降低，而电流却逐渐增加;与此同时电感的电流却逐渐减少，电感的电压却逐渐升高。电压的增加可以达到一个正的最大值，电压的降低也可达到一个负的最大值，同样电流的方向在这个过程中也会发生正负方向的变化，此时我们称为电路发生电的振荡。

电路振荡现象可能逐渐消失，也可能持续不变地维持着。当震荡持续维持时，我们称之为等幅振荡，也称为谐振。

谐振时间电容或电感两锻电压变化一个周期的时间称为谐振周期，谐振周期的倒数称为谐振频率。所谓谐振频率就是这样定义的。

综上所述，在现代电源技术中，不同应用场合需要不同性能的电容器，不能混用、滥用、错用，以尽可能消除不应出现的损坏，并保证产品性能。

延伸阅读：现代电源技术中电容器的正确选用

三、电容降压式电源设计实例

将交流市电转为低压直流的常规方法是采用变压器降压后再整流滤波，当受体积和成本等因素限制时，最简单实用的方法就是采用电容降压式电源。

1.电容降压式电源电路原理

电容降压式简易电源的基本电路如图1，C1为降压电容器，D2为半波整流二极管，D1在市电的负半周时给C1提供放电回路，D3是稳压二极管，R1为关断 电源后C1的电荷泄放电阻。在实际应用时常常采用的是图2的所示的电路。当需要向负载提供较大的电流时，可采用图3所示的桥式整流电路。整流后未经稳压的 直流电压一般会高于30伏，并且会随负载电流的变化发生很大的波动，这是因为此类电源内阻很大的缘故所致，故不适合大电流供电的应用场合。

2.阻容降压电路的器件选择原则

(1)电路设计时，应先测定负载电流的准确值，然后参考示例来选择降压电容器的容量。多余的电流就会流过稳压管，若稳压管的最 大允许电流Idmax小于Ic-Io时易造成稳压管烧毁。

(2)为保证C1可靠工作，其耐压选择应大于两倍的电源电压。

(3)泄放电阻R1的选择必须保证在要求的时间内泄放掉C1上的电荷。

3.设计举例

图2中，已知C1为0.33μF，交流输入为220V/50Hz，求电路能供给负载的最大电流。

C1在电路中的容抗Xc为：Xc=1 /(2 πf C)= 1/(2*3.14*50*0.33*10-6)= 9.65K

流过电容器C1的充电电流(Ic)为：Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。

通常降压电容C1的容量C与负载电流Io的关系可近似认为：C=14.5 I，其中C的容量单位是μF，Io的单位是A。