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开关电源中的基本元件——《电容及其分类》

发表时间:2021-06-09 09:49

电阻及其分类

电阻的应用相对要简单点,因为任何一种类型电阻都可用于各种应用场合,但电容不同,它们有许多独特的类型,并且每种类型都针对不同的应用进行了优化设计。另外,在选择一个电阻时, 大部分设计过程只是选择阻值(以及功率),主要因为电阻的其他特性对电路的影响不大,所以不需要过多地考虑。另一方面,电容除了基本的电容值之外还具有许多特性,而这此特性在电路设计中,需要设计者认真分析对待,因为它们会关系到一些特定电路功能的实现。

在电源设计中,对于电容,实际应用中需要考虑到的特性包括:

电容值(电容的标称值种类不多)

电压等级(根据应用场合适当降额)

等效串联电阻( ESR )

等效串联电感( ESL)

峰值和RMS电流额定值

初始容差再加上(以及)老化效应

●温度限制

最大dV/dt等级

失效机理

当然,还有最为重要的成本


电容是能量存储元件(和电感一样),所以它们的特性与其物理尺寸有一定的关联性。尽管电容具有各种尺寸范围,但在用于处理或管理能量时,它们往往体积较大,因此尺寸因素必须添加到重要特性列表中。图3.3显示了各种类型的电容器以及一些基本属性。

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图3.3    从此图中可以看到, 电容这个无处不在无源元件的广泛性和多样性



为了进一步帮助选择好电容,图3.4显示了几种重要类型电容的简单区别。

图3.4     在众多类型电容中进行选择时需要考虑其特性


电容值和电压额定值与电容器类型的比较也是很有意义的,如图3.5 所示。

图3.5电容器类型与额定 电压的关系为了解和选型提供了另一个角度


随着开关电源设计趋向于工作在更高的开关频率,电容器的寄生参数变得越来越重要,特别是其ESR和ESL。评估其影响的基本工具是利用非理想电容的等效电路,结合各寄生参数的矢量关系和用于分析这些分布参数对电路性能的影响所用的方程,如图3.6所示。


另一种用来分析电容的ESR和ESL的特性的方法,是将几种类型的电容的等效阻抗绘制为频率的函数,如图3.7所示。

从这些曲线可以看出,在低频的时候,电容开始接近理想,只受电容值影响,随着频率的增加而导致阻抗的降低。然而,这个阻抗在ESR值处达到最小值,并随着ESL阻抗在更高频率处变得更重要而开始增加,即频率越高,ESL起到的作用越明显,阻抗呈感性。


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