无线电爱好网

 找回密码
 注册

QQ登录

只需一步,快速开始

扫一扫,访问微社区

无线电爱好网 首页 技术应用 初学入门 查看内容

器件基础知识——电容

2025-4-17 09:14| 发布者: 闪电| 查看: 8| 评论: 0

摘要: 一、认识电容1、储能能力电容是电抗元件,其储存的能量称为静电能,理想情况下它自身不消耗能量,E为电感储存的能量,C为电容量,V为电容两端电压2、电容电压无法突变,若电压发生突变,即du/dt很大,那么电容电流将 ...

一、认识电容


1、储能能力

电容是电抗元件,其储存的能量称为静电能,理想情况下它自身不消耗能量

32434084-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png,E为电感储存的能量,C为电容量,V为电容两端电压


2、电容电压无法突变

325cede0-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png,若电压发生突变,即du/dt很大,那么电容电流将无穷大,实际不可能,所以电容电压无法突变。若加在电容上两端的电压突然撤走,则电容会产生较大电流尖峰


328321a4-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


3、交流电中电容电流相位超前电压相位90°

直流电中没有相位,而在交流电中,相位是反映交流电任何时刻的状态的物理量


交流电的大小和方向是随时间变化的,以正弦交流电为例:


32d148e8-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png,t为相位


32f0f468-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


因为电容电压是无法突变,所以电容电流相位一定超前于电压相位

通过上述两式可得,电容电流相位超前电压相位90°


4、通高频阻低频

331c4fdc-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png,理想情况下电容容抗计算公式


频率越小,容抗就越大,信号就越不容易通过,所以通高频


5、通交流隔直流

电容是由两块平行板组成,看成是断路无法通过直流电。而交流电不停改变方向产生感应电荷从而产生电流,而交流电压仅在充满电时达到最大值,因此电容通交隔直


6、等效模型

实际情况下,制造电容的材料有电阻,电容的绝缘介质有损耗,表现为等效串联电阻ESR和串联等效电感ESL,所以电容真实的等效模型,应如下图所示:


333f6ef4-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


33714e60-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png339e1e86-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


33cff7da-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


7、自谐振频率SRF

33f180b2-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


341890c6-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


当频率低于自谐振频率时,电容呈容性,以电容方式工作


当频率等于自谐振频率时,电容呈阻性,以电阻方式工作


当频率高于自谐振频率时,电容呈感性,以电感方式工作


8、单位换算

3446c37e-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


9、电容种类

(1)薄膜电容


常用于安规电容


X电容,跨接在零火线之间,对差模干扰起到滤波作用


Y电容,跨接在火线或零线与地(PE)之间,对共模干扰起到滤波作用


(2)陶瓷电容器


贴片片状电容,ESR低,容值小,体积小,耐压低,成本低,常用于低压电路的滤波、隔直、去耦、储能


(3)铝电解电容


非固态(液态)电解电容,ESR高,容值大,体积大,耐压高,成本低,内部电解质为液体易蒸发,高温环境下寿命低,温度特性差,常用于低高压电路的滤波、储能


(4)固态电容器


固态电解电容,ESR低,容值大,体积大,耐压高,成本高,内部电解质为固体,温度特性好,常用于低高压电路的滤波、储能


(5)钽电容


钽(电解)电容,ESR低,容值大,体积小,耐压低,成本高,内部电解质为金属钽,失效后易引起爆裂燃烧


备注:上述仅罗列了常用的电容器,高/低/大/小都是相对而言,每种电容都有它独特的应用场景,如钽电容可以做到容值大,体积相对小很多,适合用于小型化产品


通用规律


①同材质电容,一般容值越大,其体积就越大


②同材质同容值电容,一般体积越大,其耐压就越高


③电容ESR跟其材质、容值、体积、频率有关


④电容成本受市场影响,不同材质电容可能存在较大波动


10、常见封装

陶瓷电容封装公制与英制

3477859a-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png

11、串并联

电容串联,等效容值变小,等效耐压变大


349cc04e-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png,为N个电容串联后的等效容值 


电容串联后的等效耐压计算需要分情况来看


1)若串联中每个电容的容值相等,其等效耐压为

34c57db8-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png 


2)若串联中每个电容的容值存在不相等,需要分成单独电容来看耐压值。先计算每个电容所能分到的电压,然后根据电压对比电容自身的耐压值来一一确定是否满足耐压


34e7d35e-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png,是流过串联电容的总电压(已知),、和是电容所分到的电压值(待求解)


351c3194-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png,电容串联电流相等


354b41f0-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


④联立上述三式可求解出,N为串联电容的个数,k为第k个电容


当N=2,k=1时,356f3790-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png 


当N=2,k=2时,35945840-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


当N=3,k=1时,35c4726e-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


当N=3,k=2时,35e5ed68-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


当N=3,k=3时,36131aa4-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


当N=4,k=1时,363ef642-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


⑤通过计算出来的分压值与电容本身的耐压值做比较,以此判断电容串联后是否能满足耐压要求


电容并联,等效容值变大同时ESR会减小,等效耐压取最小值


366691f2-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png,为N个并联后的等效容值


36956900-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png,为N个并联后的等效耐压值


二、DC-DC开关电源

1、BUCK-TPS54202

36bb68e4-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


36edba88-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png, 影响输入电压纹波3711845e-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png,ESR是输入电容最大等效串联阻抗,37426e7a-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png最大负载电流,37732db2-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png

开关频率


规格书指出要求379731a8-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png37732db2-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png最大耐压值为37e78068-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png


381834ba-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png是自举电容,用于使上管MOS能正常导通,容值采用规格书推荐384aa30a-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png

瓷电容


下图为芯片内部框图,上下两管均为N-MOS,导通需要386b484e-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png,但上管MOS源极连SW脚,38957498-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png,为使上管能成功导通,需要升压电路。此升压电路仅由组成38c2236c-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png,当上管MOS截止,下管MOS导通时,38e296b0-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png

3902eda2-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png381834ba-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png被充电;当上管MOS导通,下管MOS截止时,394d1530-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png381834ba-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png会强行泵高BOOT脚上电压,39965b32-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png,使386b484e-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png

39e89762-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png

3a1da7c2-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png电路,3a47b454-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png在时,3a6d4c0a-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png输出由提供经由下管MOS续流至电感维持3a964484-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png,在负载发生突变时,由空载变为重载,调节器需要两个或更多的时钟周期,以控制电源环路应对负载变化,在此期间需要输出电容来提供能量,以保证3ac9540a-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png的下降在可接受范围内,因此电容需要足够大


3af73078-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png3b1e1990-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png是输出电流的变化量,3b4aa726-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png是可接受的输出电压变化范围,3b7b6f14-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png是变换器的开关频率,通过此公式可以评估出电源带载能力与输出电容容值之间的关系


3ba19612-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png3bbdc152-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png是可接受的电源纹波,3bddc1c8-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png是电感纹波电流,通过此公式可以评估出电源纹波与输出电容容值之间的关系,可以明显得出增大输出电容容值可以降低电源纹波


3c074386-0bc8-11f0-9434-92fbcf53809c.png

12下一页

路过

雷人

握手

鲜花

鸡蛋

QQ|关于本站|小黑屋|Archiver|手机版|无线电爱好网 ( 粤ICP备15040352号 ) 无线电爱好技术交流5 无线电爱好技术交流1无线电爱好技术交流9开关电源讨论群LED照明应用、电源无线电爱好技术交流4无线电爱好技术交流8无线电爱好技术交流10无线电爱好技术交流11

GMT+8, 2025-4-17 09:18 , Processed in 0.171600 second(s), 18 queries .

Powered by Discuz! X3.4 Licensed

Copyright © 2001-2020, Tencent Cloud.