开关电源输出滤波电容越大越好?如何选择开关电源输出滤波电容

时间:2023-03-06作者:佚名
通常认为开关电源的输出滤波电容越大越好,其实这种观点是不全面的,影响开关电源直流电压输出品质的最重要参数其实是电容的ESR值。
电容的ESR是指电容的等效串联电阻或阻抗。
理想的电容器是没有电阻的。但是实际上,任何电容都有电阻,这个电阻值和电容的组成材料、结构有关系。在开关电源技术大规模应用之前,普遍采用线性电源,电源电路都工作在低频直流状态,通过滤波整流电路把交流转换成直流。在低频直流电源中,电容的容量对滤波效果起决定作用,电容的串联阻抗作用可以忽略。 但是低频电源效率低,体积大的缺点非常明显。

开关电源输出滤波电容越大越好?如何选择开关电源输出滤波电容
由于电子技术的进步,近二十年来逐渐发展了脉宽调制的高频开关电源技术,大大地提高了电源的转换效率,也减小了电源的体积。开关电源的工作频率越高,电源的体积就越小。开关电源的工作频率从几十KHz到几MHz不等。在开关电源中,电容的ESR直接影响到电容的效果,它比电容器的容量还重要,事实上我们所说的电容器的容量一般都是在120Hz下测量的值,当工作频率提高时,电容容量会急剧降低,甚至根本不能起到电容的作用。一般而言,应该选择ESR相对较小的电容。 在不同类型的电容中,以电解电容的ESR通常最大,钽电容次之,陶瓷电容最佳。当然,即使是电解电容中,也分普通电解电容和低ESR的电解电容。用在开关电源输出滤波的应该采用低ESR的电解电容。在维修中,如果用普通电解电容替换低ESR的电解电容,开关电源可能短时间能工作,但是寿命肯定不长。弄不好,电容很快因为损耗太大而爆裂甚至爆炸,所以更换电容应该小心。同样容量同样耐压的电解电容,体积大的往往ESR小。同样容量不同耐压的电解电容,耐压高度往往ESR小。同样耐压同样容量的电容,105度比85度的ESR要小。当然,这也不是绝对的,对于同一厂家同一系列的电解电容,基本上成立。

开关电源输出滤波电容越大越好?如何选择开关电源输出滤波电容
理想的的电容器,本身不会产生任何能量损失,在实际应用中,由于生产电容的材料有电阻率,电容的绝缘介质有损耗,这个损耗可以等效为一个电阻跟电容串联在一起,称为电容的等效串联电阻,英文简称ESR,是Equivalent Series Resistance的缩写。
一般认为电容两端的电压不能突变,当突然对电容施加一个电流,电容因为自身充电,电压会从零开始上升。但是有了ESR的附加影响,等效串联电阻自身会产生电压降,这就导致电容器两端的电压会产生突变。很多情况下,这会导致电容的滤波效果变差,所以很多高质量的开关电源,对输出端的滤波电容要求很高,要求选用低ESR的电容器。
在振荡电路中,ESR也会引起电路功能上失调,造成电路失效甚至损坏等严重后果。所以在多数场合,低ESR的电容,往往比高ESR的有更好的表现。
不过也有例外,有些时候ESR也不是一无是处。在稳压电路中,有一定ESR的电容,在负载发生瞬变的时候,会立即产生波动而引发反馈电路动作,这类快速的响应,以牺牲一定的瞬态性能为代价,获取了后续的快速调整能力,尤其是功率管的响应速度比较慢,并且电容器的体积和容量受到严格限制的时候。这种情形可见于一些使用mos功率管做调整管的三端稳压或者类似的电路中。这种应用场合,太低的ESR反而会降低整体性能。
实际上,需要更低ESR的场合更多,而低ESR的大容量电容价格相对昂贵,所以很多开关电源多采取并联的方法,用多个ESR相对高的铝电解或固态电容并联,组合成一个低ESR的大容量电容。牺牲一定的PCB电路板空间,换来器件成本的减少。
和ESR类似的另外一个概念是ESL,也就是等效串联电感。早期的卷制电容经常有很高的ESL,而且容量越大的电容,ESL一般也越大。ESL经常会成为ESR的一部分,并且ESL也会引发一些电路故障,比如串联谐振等。但是相对容量来说,ESL的比例太小,出现问题的几率很小,再加上电容制作工艺的进步,现在已经逐渐忽略ESL,而把ESR作为除容量之外的主要参考因素了。
电容器还存在一个和电感类似的品质系数Q,这个系数反比于ESR,并且和频率相关,也比较少使用。
由ESR引发的电路故障通常很难检测,而且ESR的影响也很容易在设计过程中被忽视。简单的做法是,在仿真的时候,如果无法选择电容的具体参数,可以尝试在电容上人为串联一个小电阻来模拟ESR的影响,通常的,钽电容的ESR通常都在100毫欧以下,而铝电解电容则高于这个数值,有些种类电容的ESR甚至会高达数欧姆。
ESR值与纹波电压的关系可以用欧姆定律V=R(ESR)×I来表示。公式中的V就表示纹波电压,而R表示电容的ESR,I表示电流。可以看到,当电流增大的时候,即使在ESR保持不变的情况下,纹波电压也会成倍提高。

相关阅读

电工常用照明电路——三地控制一只灯电路

电工常用照明电路——三地控制一只灯电路 由两只单刀双掷开关和一只双刀双掷开关可以实现三地控制一只灯的目的。 电路图 三地控制一只灯电路如图1-12(a)所示。 图1-12 三地控制...
2023-07-05
电工常用照明电路——三地控制一只灯电路

随手关灯真的能省电吗?原来这么多年都错了,后悔才知道!

(文:国网河北电力) 综合来说,随手关灯确实省电, 但是 根据电灯类型,以及电灯使用时间的不同来说,“随手关灯”这一习惯也会对用电产生不同的结果。下面就听小编跟各位细...
2023-06-11

电工常用电动机控制电路(三)

三地(多地点)控制电路 在一些大型机床设备中,为了操作方便,经常需要在两地或多地能启动或停止同一台电动机,这就需要多地点控制电路。通常把启动按钮并联在一起,实现多地...
2023-07-05
电工常用电动机控制电路(三)

数控机床常见故障检查方法

1.常规检查法 常规检查法主要是利用人的手、眼、耳、鼻等器官对故障发生时的各种光、声、味等异常现象的观察以及认真察看系统的每一处,遵循“先外后内”的原则,诊断故障采用...
2023-03-21

小车自动往返乱跑、限位失灵?90%是二次回路接错!对照图纸手把手教你修

做电工的谁没被运料小车折腾过?按下正转按钮,小车一跑就冲过头,撞坏限位开关;好不容易停住了,却不会自动反转;要么就是来回乱跳,接触器反复吸合,电机嗡嗡响! 很多人第一反应就是换限...
2026-05-25
小车自动往返乱跑、限位失灵?90%是二次回路接错!对照图纸手把手教你修

热销商品

广东珠江电线电缆阻燃国标定制BYJBV BVR YJV YJY RVV RVS RV KVV

广东珠江电线电缆,专注于阻燃国标定制,产品涵盖BYJBVBVRYJVYJYRVVRVSRVKVV等多种规格。我们采用先进生产技术,严格遵循国家标准,确保产品质量可靠、性能稳定。产品适...
¥ 1

可换头防静电塑胶镊子ESD-7A/242/249/259防划伤夹IC硅晶片陶瓷头

ESD-7A/242/249/259是一款专为半导体行业设计的防静电塑胶镊子,有效防止静电对敏感电子元件的损害。其独特之处在于可更换的镊子头,包括专为夹持IC硅晶片和陶瓷元件...
¥ 2

公牛官方旗舰店开关插座空调16A插座五孔10A面板暗装多孔G12白灰

公牛官方旗舰店提供一系列高质量的开关插座和空调配件。这款16A插座五孔面板采用暗装设计,适用于多种安装环境,如墙面、天花板等。它具有10A的电流容量,可以满足家庭...
¥ 5.55

L型套筒扳手铣口烟斗双头弯头7字穿孔机修六角汽修轮胎工具6-19mm

L型套筒扳手是一款常用于工业领域的多功能工具,具备双头设计,可高效完成铣口、烟斗等多种工件孔位加工,适用六角汽修、轮胎等场景。其套筒尺寸为6-19mm,精准适配各类...
¥ 3.5

西门子开关插座无框皓彩米绒白亚光二三插USB10A五孔一开旗舰店

西门子开关插座无框皓彩米绒白亚光二三插USB10A五孔一开旗舰店,作为西门子品牌的专卖店,提供了一系列高品质、设计新颖的家居电气产品。这里销售的开关插座采用无框...
¥ 8.77

网站栏目