【摘要】介绍开关电源中的输出滤波电容的选用方法。

关键词：纹波电流；等效串联电阻

l:LANG="EN-US">1 引 言l:LANG="EN-US">
开关电源的寿命在很大程度取决于电解电容，因为在开关电源产品中，除电解电容以外的其他元件只出现偶发故障，电解电容由于化学变化，会发生损耗性故 障。这种故障模式与其他元器件的偶发故障模式相比，问题更加严重，因为对损耗性故障来说，即使减少元件数量，其寿命不会改变。只要一到确定的时间，就肯定 要发生故障，另一方面，由于电解电容从等效电路来看，并不是单纯的电容，而是包含有串联电阻R和串联电感LS的电路。如图1所示。这些参数的数值是随温度变化的，其等效阻抗的温度及频率特性，如图2所示。因此从要求的纹波电压来决定最佳滤波电容量并不容易。初学者在设计时，往往会在决定滤波电容的容量时发生失误。基于上述因素，正确选用电解电容特别是输出滤波电容显得非常重要。

l:LANG="EN-US">图1

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图l:LANG="EN-US">2 电容阻抗与频率的关系(温度为参变量)

l:LANG="EN-US">2 输出滤波电容器的选择l:LANG="EN-US">
2.1 电容的阻抗特性
理想的电容器的阻抗特性，如图3（a）所示。实际上电容器的阻抗特性包括等效串联电阻（ESR），容抗（XC）和电感电抗（XL），如图3（b）所示。在低频时，主要由XC影响阻抗，在高频时，主要由XL影 响阻抗，最低的阻抗等于ESR。其对应的频率应正好处于滤波器的基波频率为最合适。这时，对电容器上纹波电压起主要作用的是ESR，但ESR值与温度变化 有关。温度越低，ESR越高。例如：在20kHz工作频率下，一般铝电解电容器在25℃时，ESR为33mΩ。在-40℃时，增加到900mΩ，在- 55℃时，为1.08Ω，良好的电路设计，应该考虑到低温时的ESR值。

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图l:LANG="EN-US">3电容器的阻抗特性l:LANG="EN-US">
(a)理想的阻抗特性 l:LANG="EN-US">(b)实际的阻抗特性

l:LANG="EN-US">2.2从寿命出发选择电容l:LANG="EN-US">
等效串联电阻是耗能元件，它的损耗功率变成热量，从而影响了电容的寿命。在同一模块电源中，选用两种不同l:LANG="EN-US">ESR的电解电容，在同一环境条件下，工作相同时间后，l:LANG="EN-US">ESR值大的电容温升明显高于l:LANG="EN-US">ESR值小的电容，那么根据阿雷尼厄斯l:LANG="EN-US">10度法则（即温度每升高l:LANG="EN-US">10℃，电解电容的寿命就缩短一半），l:LANG="EN-US">ESR值大的电容的寿命就要比l:LANG="EN-US">ESR小的电容寿命短，另一方面，当电容中流过不同的纹波电流时，其发热的程度不一样，所以各种电容都有规定的允许纹波电流值（厂家提供）。如果从延长电容器的寿命出发，应增加对纹波电流的余量，由上分析，我们在选择电容时，应选择较小的l:LANG="EN-US">ESR值，并能在整个温度范围内承受高的纹波电流的电容。l:LANG="EN-US">
2.3从容量出发选择电容l:LANG="EN-US">
输出滤波电容器的选取，不仅依赖于工作电流最大值和开关频率，而且还与变换器类型有关。前面已提及，滤波电容实际上不是从纹波电压出发求取，而是根据电容的允许纹波电流值决定的，用这种方法可以进行切实有效的设计，下面以图l:LANG="EN-US">4所示（图中l:LANG="EN-US">R为包含整流管的等效电阻），介绍输出电容的具体求取方法，作为设计条件。

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l:LANG="EN-US"> 图l:LANG="EN-US">4