【经验】如何正确选择电路中输入和输出的电解电容

时间： 2019-05-29 来源：世强

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电解电容是工程师日常电路设计中不可或缺的元器件，尤其是用在电源设计中的输入输出滤波电容，为电路选择合适的电解电容，对电源的滤波效果和可靠性、稳定性有着明显的提升。本文结合世强代理的冠坤电解电容，简述如何正确选择电路中输入和输出的电解电容。

输入端电解电容容量计算：

我们一般按照最低输入电压，最大输入功率的情况，要求电解电容上的纹波电压低于多少个百分点来计算。当然，如果有保持时间的要求，那么需要按照保持时间的要求重新计算，二者之中，取大的值。假如在最低输入电压下，电源的输入功率为P_in，最低输入交流电压有效值为V_inACmin，那么我们一般认为此时整流后的直流电压为V_inmin=1.2×V_inACmin，由于在交流两次充电周期间，对后面变换器的供电都是由电容储能来保证的，那么电压跌落是可以计算出来的：

C×ΔV=I×Δt，

ΔV是电压纹波，一般取V_inmin的10%～20%，I是电容对后面电路的放电电流=P_in/V_inmin_；而Δt则是两次充电的时间间隔（就是一个工频周期内电容的放电时间），如图1所示，可以按照0.8×1/(2×f_AC)来考虑，其实就是交流整流后的半正弦周期中，80%的时间是靠电解电容储能来供应给后面的变换器的。那么由此就可以计算出输入端的交流整流后滤波电解电容的容量C了。

图1 电解电容在滤波电路中周期充放电示意图

输出端电解电容纹波电流计算：

输出端的电解电容工作在高频下，纹波电流对其影响很大，我们一般按照纹波电流的限制条件来计算输出侧的电解电容。电解电容上的纹波电流有效值与次级整流二极管的电流有效值I_D以及输出电流I_OUT的关系为：

I_RC²=I_D²-I_OUT²

电解电容的生产厂家通常会给出电解电容在某个频率下，某个温度时的额定纹波电流I_RC。但实际使用过程中，我们需要考虑温度效应与频率效应。实际电容可以使用的纹波电流为I_RC×温度系数×频率系数。以冠坤的HG系列电解电容为例，规格书中纹波电流是在105℃，100KHz条件下测试出来，也就是105℃，温度系数为1，85℃时温度系数为1.7，65℃时温度系数为2.1；和频率系数关系如图2所示，100KHz频率系数为1，其余条件下参考图2。

图2 冠坤HG系列电解电容纹波电流吸收修正系数表

单个电解如果纹波电流不够，可以用多个并联使用。另外，多个并联使用也有助于降低输出电压纹波。实际最终电解电容的选择是否合适，除了要保证足够的电压裕量。更主要的就是电解电容的温度和温升。电解电容的温度每升高10度，那么寿命减半。所以电解电容的工作温度，将受到电源设计寿命的限制。另一方面，由于电容的温升可能是外来的热量造成的，也可能是自身的损耗造成的。所以，我们这里还有一个限制条件，就是，自温升<5℃。

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