Какие электролитические конденсаторы лучше всего подходят для импульсного блока питания

Обновлено: 04.07.2024

Резервуарные конденсаторы используются для сглаживания необработанной формы выпрямленного сигнала в источнике питания. Важно выбрать правильный конденсатор с правильным номиналом и номинальным током пульсаций.

В источнике питания, будь то линейный источник питания или импульсный источник питания, использующий источник питания переменного тока и диодные выпрямители, необработанный выпрямленный выходной сигнал обычно сглаживается с помощью накопительного конденсатора перед подачей на любые регуляторы или другие подобные устройства. электронная схема.

Алюминиевые электролитические конденсаторы идеально подходят для использования в качестве сглаживающих конденсаторов, поскольку многие электролиты способны обеспечить достаточно высокую емкость и выдерживать уровень пульсаций тока, необходимый для сглаживания формы волны.

По сути, схема сглаживания заполняет основные провалы в необработанном выпрямленном сигнале, чтобы схема линейного регулятора или импульсного источника питания могла работать правильно. Они изменяют форму волны от той, которая изменяется от нуля до пикового напряжения в течение цикла входящей формы волны мощности, и изменяют ее на такую, в которой изменения намного меньше. По сути, они сглаживают форму волны, отсюда и название.

Поскольку сглаживающие конденсаторы используются как в источниках питания с линейной стабилизацией, так и в импульсных источниках питания, они составляют важную часть многих электронных схем.

Двухполупериодный выпрямитель со сглаживающим конденсатором

Основы сглаживания конденсаторов

Конденсаторное сглаживание используется для большинства типов источников питания, будь то линейный регулируемый источник питания, импульсный источник питания или даже просто сглаженный и нерегулируемый источник питания.

Типичный электролитический конденсатор, используемый для сглаживания.

Необработанный постоянный ток, подаваемый диодным выпрямителем сам по себе, будет состоять из серии полусинусоид с напряжением, изменяющимся от нуля до √2 среднеквадратичного напряжения (без учета диодных и других потерь).

Форма сигнала такого рода не будет использоваться для питания цепей, потому что любые аналоговые схемы будут иметь огромный уровень пульсаций, наложенных на выход, а любые цифровые схемы не будут работать, потому что питание будет отключаться каждые полпериода.

Сглаживание конденсатора обеспечивает правильную работу следующих ступеней линейного регулируемого источника питания или импульсного источника питания.

Для сглаживания выходного сигнала выпрямителя используется накопительный конденсатор, который размещается параллельно выходу речитатора и параллельно нагрузке.

Сглаживание работает, потому что конденсатор заряжается, когда напряжение от выпрямителя становится выше напряжения конденсатора, а затем, когда напряжение выпрямителя падает, конденсатор обеспечивает требуемый ток за счет накопленного заряда.

Таким образом, конденсатор может обеспечивать заряд, когда он недоступен от выпрямителя, и, соответственно, напряжение изменяется значительно меньше, чем если бы конденсатор отсутствовал.

Сглаживание конденсатора не обеспечит полной стабильности напряжения, всегда будут некоторые колебания напряжения. На самом деле, чем выше емкость конденсатора, тем лучше сглаживание, а также чем меньше потребляемый ток, тем лучше сглаживание.

Сглаживание действия накопительного конденсатора

Следует помнить, что единственный путь разряда конденсатора, помимо внутренней утечки, - через нагрузку на выпрямитель/систему сглаживания. Диоды предотвращают обратный ток через трансформатор и т. д.

Еще один момент, о котором следует помнить, заключается в том, что сглаживание конденсатора не дает никакой формы регулирования, и напряжение будет варьироваться в зависимости от нагрузки и любых изменений входного сигнала.

Стабилизация напряжения может обеспечиваться линейным стабилизатором или импульсным источником питания.

Значение сглаживающего конденсатора

Выбор емкости конденсатора должен соответствовать ряду требований. В первом случае значение должно быть выбрано таким образом, чтобы его постоянная времени была намного больше временного интервала между последовательными пиками выпрямленного сигнала:

Сглаживание пульсаций напряжения конденсатора

Поскольку на выходе выпрямителя, использующего схему сглаживающего конденсатора, всегда будет некоторая пульсация, необходимо иметь возможность оценить приблизительное значение. Слишком большое значение конденсатора приведет к дополнительным затратам, размеру и весу, а заниженное значение приведет к ухудшению производительности.

Размах пульсаций на выходе сглаживающего конденсатора источника питания (полная волна)

На диаграмме выше показаны пульсации для двухполупериодного выпрямителя со сглаживанием конденсатора.Если бы использовался однополупериодный выпрямитель, половина пиков отсутствовала бы, а пульсации были бы примерно в два раза выше напряжения.

Для случаев, когда пульсации малы по сравнению с напряжением питания, что почти всегда бывает, можно рассчитать пульсации, зная условия цепи:

Двухполупериодный выпрямитель

Полупериодный выпрямитель

Эти уравнения обеспечивают более чем достаточную точность. Хотя разряд конденсатора для чисто резистивной нагрузки носит экспоненциальный характер, неточность, вносимая линейным приближением, очень мала при низких значениях пульсаций.

Стоит также помнить, что вход регулятора напряжения представляет собой не чисто резистивную нагрузку, а нагрузку постоянного тока. Наконец, допуски электролитических конденсаторов, используемых для сглаживающих цепей выпрямителей, велики - в лучшем случае ± 20%, и это скроет любые неточности, вносимые допущениями в уравнениях.

Пульсирующий ток

Двумя основными характеристиками конденсатора являются его емкость и рабочее напряжение. Однако для приложений, где могут протекать большие уровни тока, как в случае сглаживающего конденсатора выпрямителя, важен третий параметр — его максимальный пульсирующий ток.

Пульсирующий ток не просто равен току питания. Есть два сценария:

Ток разрядки конденсатора

Более короткое время зарядки приводит к очень высоким уровням пикового тока, поскольку сглаживающий конденсатор должен поглотить заряд, достаточный для периода разрядки, за очень короткое время.

Сети сглаживания сечения Pi

В некоторых приложениях линейный регулятор напряжения не используется, может потребоваться улучшенная форма плавного регулятора. Этого можно добиться, используя два конденсатора и последовательную катушку индуктивности или резистор.

Подход со сглаженным питанием используется в некоторых высоковольтных системах и в некоторых других специализированных областях, но он не так распространен, как источники питания с линейной стабилизацией и импульсные источники питания, которые обеспечивают гораздо лучшее регулирование и сглаживание.

Этот подход также можно увидеть во многих старинных беспроводных устройствах, где использование источника питания с линейной регулировкой было невозможно.

Фильтр сглаживания сечения пи

Есть два варианта системы сглаживания π-сечений. С двумя конденсаторами между линией и землей последовательный элемент был либо катушкой индуктивности, либо резистором. Катушка индуктивности стоила намного дороже и давала лучшую производительность, но резистор был гораздо более дешевым вариантом, хотя и рассеивал больше энергии.

Сглаживающие конденсаторы являются важными элементами как линейных, так и импульсных источников питания, поэтому они широко используются.

При выборе накопительного конденсатора для сглаживающих приложений в источнике питания важно не только значение емкости с точки зрения обеспечения требуемого снижения напряжения пульсаций, но также очень важно убедиться, что номинальный ток пульсаций конденсатора не превышен. Если потребляется слишком много тока, конденсатор нагревается и срок его службы сокращается, а в крайних случаях он может выйти из строя, иногда с катастрофическими последствиями.

Двумя ключевыми функциями колпачков фильтра импульсного источника питания (SMPS) являются входная фильтрация и выходная фильтрация.

Крышки входного фильтра должны обеспечивать быстрый выброс энергии и подавлять шум, возникающий в цепи переключателя. Важными параметрами крышки входного фильтра являются ESR, ESL и пульсации тока. Высокая плотность CV предпочтительна для крышек входных фильтров, чтобы уменьшить пространство на плате, хотя это более важно для крышек выходных фильтров.

Крышки выходных фильтров должны обеспечивать возможность зарядки и разрядки в соответствии с нарастанием и спадом пульсаций тока на выходе. И ESR, и ESL являются важными параметрами конденсатора выходного фильтра. В крышках выходных фильтров предпочтительна высокая плотность CV, чтобы уменьшить пространство на плате, поскольку требования к емкости выходных фильтров обычно высоки.

Электролитические конденсаторы

Исторически электролитические конденсаторы были наиболее популярным выбором для фильтров SMPS, особенно входных фильтров. Они предлагают очень высокую плотность CV на размер упаковки, как правило, при сравнительно низкой стоимости. Проблема в том, что высокая плотность CV обходится довольно дорого с точки зрения технических недостатков. Существует два популярных типа электролитических конденсаторов: так называемые алюминиевые электролитические и танталовые.

Алюминиевые электролиты (AE) используют сверхтонкий диэлектрик, состоящий из оксида алюминия, нанесенного на тонкую протравленную алюминиевую фольгу. Протравленная поверхность увеличивает площадь поверхности диэлектрика, значительно увеличивая плотность CV.

Конденсаторы AE часто являются популярным выбором для использования в качестве фильтров SMPS из-за их очень высокой плотности емкости и относительно низкой стоимости. Эти преимущества компенсируются несколькими существенными недостатками, которые должен учитывать разработчик схемы:

Из-за своей конструкции конденсаторы AE обладают высоким ESR (эквивалентным последовательным сопротивлением). По мере увеличения частоты этот недостаток ESR становится все более серьезной проблемой для разработчиков схем. Чтобы компенсировать это высокое ESR, разработчикам часто приходится параллельно использовать множество конденсаторов AE, чтобы уменьшить ESR для удовлетворения требований приложения. Это параллельное соединение может потребовать от 10 до 100-кратного увеличения теоретического предела для достижения требуемого ESR.
Крышки AE — это полярные устройства, и несоблюдение полярности может привести к катастрофическим последствиям.
Использование при высокой температуре и даже хранение при высокой температуре могут вызвать нестабильность, в том числе увеличение тока утечки (снижение сопротивления изоляции), потерю емкости и сокращение срока службы.
Крышки AE имеют ограниченный срок службы из-за возможного испарения электролита с течением времени. Большинство производителей указывают срок службы от 5000 до 10 000 часов из-за этой проблемы с испарением.
Крышки AE могут взорваться в условиях перенапряжения и привести к выделению токсичной жидкости.
Крышки AE содержат потенциально токсичные ингредиенты, которые могут нанести вред окружающей среде.

В танталовых конденсаторах (ТА) используется чрезвычайно пористый материал анода, обеспечивающий большую площадь диэлектрической поверхности. Это обеспечивает очень высокую плотность CV.

Крышки TA обычно имеют более благоприятные характеристики для фильтрации SMPS, чем крышки AE, однако доступность сырья привела к увеличению их цен и времени выполнения. В дополнение к этому танталовые конденсаторы также имеют несколько недостатков, которые должны учитывать разработчики схем:

Крышки ТА — это полярные устройства, и несоблюдение полярности может привести к катастрофическим последствиям.
Кэпы TA демонстрируют очень высокую СОЭ, обычно выше, чем их собратья с AE-кэпами. СОЭ значительно увеличивается на частотах выше 100 Гц.
Конденсаторы TA обычно демонстрируют значительные потери емкости на более высоких частотах.
Крышки ТА изнашиваются при многократном цикле зарядки/разрядки.
Конденсаторы TA обычно не выпускаются с более высоким номинальным напряжением. Обычно максимальное номинальное напряжение, которое может быть достигнуто, составляет 50 В постоянного тока, и многие производители ТА рекомендуют не использовать устройства ТА при напряжении, превышающем 50 % от номинального, что делает эффективное максимальное напряжение равным 25 В постоянного тока даже при комнатной температуре.< /li>
Крышки ТА нельзя использовать при температуре выше 125 °C, а их номинальное напряжение обычно соответствует температуре 85 °C. Между 85°C и 125°C их номинальные характеристики должны быть снижены.
Более высокие токи утечки колпачков TA делают их менее подходящими для многих приложений.
Из-за своей конструкции колпачки TA часто выходят из строя из-за неконтролируемой экзотермической реакции, которая иногда приводит к возгоранию или выбросу токсичного/кислотного содержимого на другие компоненты на печатной плате.
Танталовые конденсаторы не могут выдерживать всплески перенапряжения так же, как керамические конденсаторы, поэтому необходимо уделять больше внимания индуктивным нагрузкам.
Танталовые конденсаторы содержат потенциально токсичные ингредиенты, которые могут нанести вред окружающей среде.

Пленочные конденсаторы

Пленочные конденсаторы (MLP) обладают преимуществами, которые делают их хорошим выбором для сильноточных приложений и приложений, в которых вероятны переходные процессы, например в демпферных цепях. В случае колпачков из полипропиленовой диэлектрической пленки низкий коэффициент рассеяния делает их идеальными для приложений переменного тока, особенно на более высоких частотах, таких как 400 Гц.

Крышки MLP изготавливаются путем металлизации полимерных пленок и их намотки или укладки в слои. Они доступны в широком ассортименте диэлектриков и обладают уникальной способностью к самовосстановлению при определенных условиях отказа. Пленочные колпачки также обладают неотъемлемыми характеристиками, которые могут вызвать затруднения при проектировании схем, и которым следует уделить должное внимание:

Хотя колпачки MLP обеспечивают лучшие характеристики ESR/ESL, чем колпачки AE или TA, они обычно не соответствуют ESR/ESL керамических конструкций NP0 MLCC.
Температурный диапазон пленочных колпачков обычно ограничен 105 °C. Работа при 125°C обычно невозможна. Хотя некоторые колпачки из полиэфирной диэлектрической пленки могут быть рассчитаны на температуру 125°C, присущие им потери ограничивают их использование в высокочастотных приложениях переменного тока.
Конденсаторы MLP могут быть рассчитаны на высокое напряжение, но при температуре >85 °C номинальное напряжение должно быть снижено на 50 %.
При использовании в приложениях переменного тока коронный разряд может привести к нагарообразованию пленки и короткому замыканию, если превышено номинальное напряжение.
Подъем температуры ограничен до +15 °C и не может превышать максимальную номинальную температуру устройства MLP.
Недавние тенденции в доступности пленок привели к чрезвычайно длительному времени изготовления некоторых бейсболок MLP.
Некоторые крышки из пленки содержат потенциально токсичные ингредиенты, которые могут нанести вред окружающей среде.

Керамические конденсаторы

Многослойные керамические конденсаторы Керамические конденсаторы обладают свойствами, которые хорошо работают в приложениях SMPS, а в некоторых случаях предлагают хороший компромисс между проблемами стоимости / доступности и техническими характеристиками, необходимыми для фильтрации SMPS.

Однослойные керамические конденсаторы (SLCC) или керамические дисковые конденсаторы состоят из керамического блока или диска, металлизированного с двух сторон. Крышки SLCC обычно представляют собой конденсаторы со сквозным отверстием (радиальные выводы), которые популярны во многих устаревших схемах. Устройства SLCC обеспечивают высокое номинальное напряжение >10 кВ и стабильную работу во всем диапазоне температур.

Недавние тенденции к созданию многослойных керамических конденсаторов (MLCC) с более высокой плотностью CV повлияли на доступность продуктов SLCC, поскольку производители уменьшили емкость и объявили об окончании срока службы для многих номеров деталей. В дополнение к проблеме доступности конструкции SLCC имеют следующие недостатки, которые следует учитывать разработчикам схем:

Крышки SLCC обычно доступны только в формате с радиальными выводами, что сужает выбор дизайна платы.
Расстояние между выводами и их размер сравнительно велики, особенно при увеличении номинального напряжения.
Плотность SLCC CV очень ограничена из-за «однослойной» конструкции.

Многослойные керамические конденсаторы (MLCC) состоят из нескольких слоев тонких керамических материалов, металлизированных и чередующихся друг с другом. Устройство спекается в монолитный блок, а затем оголенные электроды металлизируются, образуя торцевые заглушки. Конструкция MLCC позволяет соединить несколько слоев очень тонкого керамического диэлектрика параллельно для достижения относительно высокой плотности CV. В последние годы высокая стоимость драгоценных металлов, используемых в электродных слоях предыдущих конструкций MLCC, была успешно заменена более дешевыми неблагородными металлами, такими как медь и никель. Эта эволюция коснулась не всех типов конструкции MLCC, и в некоторых более крупных устройствах MLCC до сих пор используются драгоценные металлы.

Устройства MLCC могут быть изготовлены из широкого спектра диэлектрических керамических материалов, включая материалы класса I (сверхстабильные) и класса II (стабильные). Наиболее распространенным керамическим диэлектриком для приложений SMPS является X7R, стандарт EIA для диэлектриков класса II. Это связано с тем, что диэлектрики класса II, включая X7R, обладают относительно высокой диэлектрической проницаемостью (K), в то время как диэлектрики класса I имеют очень низкий K. При более высоком K диэлектриков класса II можно достичь гораздо более высокой плотности CV.

Устройства MLCC не имеют какого-либо значительного механизма износа, кроме присущей им прогнозируемой частоты отказов (FIT). В целом надежность MLCC как минимум в 10 раз выше, чем у TA или AE.

Конструкции MLCC обеспечивают чрезвычайно низкое ESR. Особенно на более высоких частотах этот низкий ESR позволяет разработчику схемы использовать более низкие значения емкости в MLCC по сравнению с устройствами AE, TA и MLP. Низкий ESR снижает потери мощности (нагрев) конденсатора при работе с высоким пусковым током (di/dt) для удовлетворения повышенных требований к мощности. Кроме того, при использовании в качестве выходного фильтра более низкое ESR устройства MLCC уменьшает выходное напряжение пульсаций.

Конструкции MLCC также обычно имеют более низкий уровень ESL, чем AE, TA и MLP, но для ESL необходимо учитывать формат продукта. Конденсаторы с радиальными выводами, например, имеют более высокие ESL, чем конденсаторы для поверхностного монтажа, из-за индуктивности, добавляемой выводами. MLCC предлагает лучшие характеристики пульсирующего тока, чем другие технологии. MLCC неполярны, и их номинальное напряжение хорошее во всем диапазоне температур. MLCC доступны в экологически безопасном исполнении, соответствующем требованиям RoHS. Кроме того, MLCC бывают разных физических форматов, от микросхем для поверхностного монтажа до многослойных конденсаторов с выводами.

Конструкции многослойных конденсаторов MLCC особенно полезны для фильтров SMPS, поскольку эти приложения обычно требуют высокой емкости или высокой плотности CV. «Стековая» конструкция позволяет производителю конденсаторов объединять несколько крышек для поверхностного монтажа в стопки и достигать 5-кратного увеличения CV для заданной занимаемой площади. Кроме того, выводные рамки, используемые в многослойных конструкциях конденсаторов, обеспечивают превосходную защиту как от термических, так и от механических нагрузок, которые могут возникать во время пайки или обращения с платой после сборки. Многослойная конструкция MLCC может уменьшить микрофонный шум, который обычно влияет на аудиосхемы, которые могут существовать в конструкциях схем для поверхностного монтажа.

Некоторые разработчики избегают многослойных конденсаторов из-за опасений по поводу ударных и вибрационных нагрузок, возникающих в неблагоприятных условиях.Хотя более высокий центр тяжести и большая масса сложенных крышек делают их более чувствительными к ударам и вибрации, они успешно использовались и успешно используются в очень суровых условиях, включая аэрокосмическую, военную технику и скважинное бурение.< /p>

Устройства MLCC также доступны для работы при высоких температурах, до 250 °C. Они идеально подходят для автомобильной техники, контроллеров двигателей, скважинного бурения и множества других высокотемпературных применений. Большинство устройств MLCC поставляются в соответствии с требованиями RoHS, но по запросу многие из них доступны с припоем Pb

Помимо возможной уязвимости в неблагоприятных условиях окружающей среды, устройства MLCC имеют некоторые недостатки, которые следует учитывать разработчикам схем:

Плотность CV MLCC не может соответствовать плотности AE, TA и некоторых устройств MLP, но, учитывая значительно улучшенные ESR и ESL MLCC, конструкция схемы может не требовать такой же емкости, как аналогичная схема с использованием AE. , TA или MLP.
Керамические материалы, используемые в конструкции MLCC, не выдерживают растяжения и требуют осторожного обращения. Кроме того, керамические материалы имеют плохую теплопроводность, поэтому при пайке необходимо соблюдать меры предосторожности. Большие размеры более уязвимы, чем устройства для поверхностного монтажа меньшего размера.
Диэлектрики класса II, используемые в конструкции MLCC, представляют собой пьезоэлектрические материалы, и устройства MLCC обладают некоторыми пьезоэлектрическими характеристиками.
Устройства класса II демонстрируют характеристики старения и температуры. Старение – это логарифмическое уменьшение значения емкости с течением времени. Типичное старение X7R для MLCC составляет около 1% за десятилетие в час. Старение можно остановить, нагрев устройство до температуры, превышающей точку Кюри керамики (обычно ~120°C). Температурные характеристики диэлектриков X7R должны находиться в пределах +15 % от показаний крышки при комнатной температуре в диапазоне температур от 55°C до 125°C, чтобы соответствовать стандарту EIA. TCC материалов X7R разных поставщиков различаются, поэтому необходимо выяснить точное значение TCC приобретаемого устройства.
Диэлектрики класса II уменьшают емкость при приложении постоянного напряжения смещения. Влияние смещения постоянного тока на результирующую емкость является прямой функцией выбранного диэлектрика и толщины диэлектрика, выбранной для конструкции, и в худшем случае может достигать 80% при приближении к RV конденсатора.
Диэлектрики класса II (X7R) обычно имеют коэффициент рассеяния (DF) от 1,5 до 2,5%. Этот коэффициент потерь подходит для приложений постоянного тока, но может вызвать нагрев в приложениях переменного тока, особенно когда частоты превышают 60 Гц.

Обзор

Каждая технология имеет свои сильные и слабые стороны для фильтрации SMPS. Учитывая чрезвычайно низкие ESR и ESL устройств MLCC, плотность CV не может быть недостатком, в зависимости от схемы. Благодаря очень хорошему di/dt, отсутствию полярности, характеристикам при высоких температурах, длительному сроку службы, экологически чистой конструкции и другим положительным качествам, MLCC являются хорошим выбором для нужд фильтрации SMPS.

Эта статья была написана Дэниелом Джорданом, консультантом. Для получения дополнительной информации нажмите здесь .

Целью этой статьи является предоставление подробной информации о наиболее важной части системы персонального компьютера (ПК), его блоке питания. Следуйте за нами в этом путешествии по территории PSU, и мы обещаем, что вы получите ценные знания.

Уровень производителей конденсаторов

Страница 1: Введение
Страница 2: Катушки индуктивности и трансформаторы
Страница 3: Конденсаторы
Страница 4: Текущие пульсации и расчет предельного срока службы
Страница 5. Список производителей конденсаторов
Страница 6: Резисторы, транзисторы и диоды
Страница 7: SMPS в сравнении с. Линейные регуляторы
Страница 8: Описание частей SMPS
Страница 9: Этап фильтрации электромагнитных помех/переходных процессов
Страница 10: Мостовые выпрямители и APFC
Страница 11: Главные переключатели и трансформаторы
Страница 12: Выходные выпрямители и фильтры
Страница 13: Переключение контроллеров и изоляторов
Страница 14: Переключение топологий регуляторов
Страница 15: LLC Resonant Converter
Страница 16: Блоки питания с цифровым управлением
Страница 17: Охлаждение блока питания
Страница 18: Работа вентилятора и типы подшипников
Страница 19: Другие типы подшипников: SSO, Rifle, Hysint
Страница 20. Измерение скорости вращения вентилятора блока питания
Страница 21: Защита блока питания
Страница 22: Мониторинг интегральных схем
Страница 23: Технические характеристики ATX, EPS и 80 PLUS
Страница 24: Ресурсы PSU

Уровень производителей конденсаторов

Что касается полимерных колпачков, все типы считаются пригодными для использования в блоках питания из-за их способности выдерживать более высокие рабочие температуры, чем их электролитические аналоги.Что касается электролитических конденсаторов, поскольку на них сильно влияют повышенные температуры, вызванные накоплением тепла внутри блока питания (но в основном из-за пульсаций тока), конденсаторы японских производителей являются самым безопасным и качественным выбором. Именно поэтому японские конденсаторы всегда предпочтительнее.

Однако есть две проблемы с использованием крышек японского производства: их стоимость выше, а иногда и проблемы с доступностью. Большинство заводов по производству блоков питания расположены в Китае, поэтому им приходится импортировать конденсаторы из Японии, что требует дополнительного времени и затрат на доставку. Однако мы считаем, что у достаточного количества японских компаний есть производственные мощности в Китае (наряду со многими тайваньскими производителями), поэтому в некоторых случаях проблема может быть не такой серьезной. Конечно, китайским компаниям БП все же намного проще приобрести колпачки китайского завода. Китайские компании-производители крышек могут предлагать большее количество, а если принять во внимание, что в большинстве высококачественных блоков питания используются только японские крышки, то проблемы с доступностью с большей вероятностью могут возникнуть с японскими крышками.

Ситуация становится еще хуже, если учесть, что вы не можете заказать большое количество японских бейсболок, хранить их в течение длительного периода времени, а затем использовать, так как это сильно повлияет на их производительность. Электролитические колпачки должны храниться в определенных условиях, чтобы сохранить в них электролиты, и особенно для использования в блоках SMPS срок их хранения не может превышать определенного порога. Если рекомендуемый срок хранения превышен, необходимо проверить конденсаторы по одному (включая измерения ESR и емкости). Во многих случаях их необходимо реформировать перед использованием, чтобы избежать проблем с эксплуатацией. А поскольку процесс риформинга требует времени и оборудования, это дополнительно влияет на производственные затраты.

После серьезного изучения и сбора информации от различных производителей и инженеров блоков питания, мы хотели бы отметить, что, помимо происхождения цоколя, крайне важно правильно выбрать цоколь для конкретной задачи, которую вы ставите перед собой. Например, если в каскаде APFC установить цоколь только с номиналом 380В, то он гораздо раньше выйдет из строя, даже если он очень качественный, так как его максимальное напряжение слишком близко к напряжению звена постоянного тока этого преобразователя. Кроме того, как и в случае с большинством продуктов, все производители крышек имеют портфолио, включающее продукты с разными характеристиками и ожидаемым сроком службы. Таким образом, помимо хорошего производителя, вы также должны выбрать крышки из подходящего семейства продуктов с желаемыми техническими характеристиками для соответствующего применения. Это, конечно, относится не только к колпачкам, но и ко всем компонентам, используемым в каждом электронном устройстве. Однако внутри блока питания неправильный выбор компонентов может гораздо быстрее привести к нежелательным результатам.

Ограничения первого уровня

Даже японские производители включают в свои портфолио некоторые основные линии, которые не так хороши, как их топовые продукты. Таким образом, помимо бренда, мы всегда внимательно изучаем семейство продуктов и их характеристики, чтобы лучше судить о качестве конденсаторов и приблизительно оценивать их срок службы.

Все японские бейсболки считаются высококачественными, и нам нравятся бейсболки следующих брендов:

Рубикон
United Chemi-Con (или Nippon Chemi-Con)
Ничикон
Саньо/Санкон
Панасоник
Хитачи
FPCAP или функциональный полимерный конденсатор (бывший сегмент конденсаторов Fujitsu, который был куплен Nichicon)
ЭЛНА

Помимо японских производителей, есть также несколько поставщиков из США и Европы, которые производят высококачественные конденсаторы. Вероятно, мы не встретим в блоках питания потребительского класса какие-либо из перечисленных ниже брендов, по крайней мере, их электролитические предложения, но мы решили, что все же стоит их упомянуть.

Корнелл Дубилье (США)
Illinois Capacitor (в настоящее время принадлежит моему Cornell Dubilier)
Корпорация Kemet (США)
Вишай (США)
EPCOS (компания TDK, Германия)
Вюрт Электроник (Германия)

Ограничения второго уровня

В этом списке вы найдете конденсаторы некоторых тайваньских производителей, которые часто используют заводы в Китае. Эти конденсаторы хорошо работают, поэтому их обычно используют в блоках питания среднего уровня, а иногда даже в блоках высокого класса, и они обеспечивают баланс между хорошей производительностью и доступной ценой.

Тайкон (принадлежит компании Nichicon)
Теапо
SamXon (кроме серии GF, относящейся к более низкому уровню)
ОСТ
Тосин Когё
Элита

Ограничения третьего уровня

Эти конденсаторы третьего уровня, согласно информации от различных производителей блоков питания и людей, знакомых со статистикой RMA, а также нашего собственного опыта с конденсаторами, возможно, не являются одними из лучших вариантов, но все же на класс выше конденсаторов, которые должны в последнюю категорию.

Ограничения четвертого уровня

Эта группа включает остальные марки конденсаторов. Когда вы увидите один из этих брендов в современном блоке питания, вы поймете, что производитель поставил в качестве приоритета более дешевое производство, а не надежность с течением времени. Мы перечисляем только популярные бренды крышек, которые обычно встречаются в недорогих блоках питания, но мы прекрасно понимаем, что существует много других недорогих марок крышек, и есть большая вероятность, что вы найдете их в блоках питания других производителей. и даже в некоторых фирменных единицах.

Ключевые соображения при проектировании выходного конденсатора импульсного источника питания в основном состоят из двух пунктов: 1. Допуск на пульсации тока (относится к эквивалентному последовательному сопротивлению (ESR) конденсатора); 2. Переходная характеристика нагрузки (связанная с емкостью конденсатора). По сути, это два ключевых момента при выборе выходного конденсатора в схеме. В следующем содержании будут описаны выбор выходного конденсатора с активным зажимом и резонансным полумостовым (LLC) и различия в схемах.

В этой статье программное обеспечение для научного моделирования Simetrix использовалось для проверки и сравнения, чтобы объективно сформулировать проектные соображения. В соответствии с требованиями моделирования резонансные модели с активным зажимом и полумоста должны быть построены индивидуально, и модели должны включать полную структуру схемы, предположительно состоящую из контроллера первичной стороны (ШИМ), основного переключающего элемента, трансформатора, резонансного компонента, переключающий элемент выпрямления вторичной стороны, индуктор фильтра, конденсатор фильтра и блок обратной связи. Для одновременного представления результатов моделирования в проекте были объединены модель с активным зажимом и резонансная модель полумоста, что позволило им выполнять имитационные расчеты. Спецификация проекта в этом моделировании: 12 В (51,3 А) 615 Вт с одним выходом, как показано на диаграмме ниже (верхняя половина: преобразователь LLC; нижняя половина: преобразователь с активными клещами).

При моделировании основное внимание уделялось пульсации тока выходного конденсатора. При нагрузке, установленной на «полную нагрузку», были измерены значения пульсаций тока конденсатора C5 (выходная емкость LLC) и конденсатора C12 (выходная емкость активного зажима). Результаты измерения показаны на осциллограмме ниже. Текущее значение LLC (C5) составляло 22,82 А, а значение пульсирующего тока активного зажима (C12) составляло 1,96 А, что намного ниже, чем у LLC.

Впоследствии две структуры были согласованы с подходящими конденсаторами. Активный зажим имел низкое значение пульсирующего тока; поэтому был выбран электролитический конденсатор серии KY 1500 мкФ 16 В*2, который удовлетворял требованиям снижения пульсаций тока менее чем на 1. Вычисленный результат 1,96 А/1,91 А*2 = 0,51 составил 0,51

Читайте также: