连载之:关于滤波电容、去耦电容、旁路电容作用及其原理(6)

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连载之:关于滤波电容、去耦电容、旁路电容作用及其原理(6)

话说电容之七:电容器参数的基本公式

1、容量(法拉)

英制: C = ( 0.224 × K · A) / TD

公制: C = ( 0.0884 × K · A) / TD

2、电容器中存储的能量

E = 1/2 CV2

3、电容器的线性充电量

I = C (dV/dt)

4、电容的总阻抗(欧姆)

Z = √ [ RS

2 + (XC – XL)2 ]

5、容性电抗(欧姆)

XC = 1/(2πfC)

6、相位角 Ф

理想电容器:超前当前电压 90o

理想电感器:滞后当前电压 90o

理想电阻器:与当前电压的相位相同

7、耗散系数 (%)

D.F. = tan δ (损耗角)

= ESR / XC

= (2πfC)(ESR)

8、品质因素

Q = cotan δ = 1/ DF

9、等效串联电阻ESR(欧姆)

ESR = (DF) XC = DF/ 2πfC

10、功率消耗

Power Loss = (2πfCV2) (DF)

11、功率因数

PF = sin δ (loss angle) – cos Ф (相位角)

12、均方根

rms = 0.707 × Vp

13、千伏安KVA (千瓦)

KVA = 2πfCV2 × 10-3

14、电容器的温度系数

T.C. = [ (Ct – C25) / C25 (Tt – 25) ] × 106

15、容量损耗(%)

CD = [ (C1 – C2) / C1 ] × 100

16、陶瓷电容的可靠性

L0 / Lt = (Vt / V0) X (Tt / T0)Y

17、串联时的容值

n 个电容串联:1/CT = 1/C1 + 1/C2 + ,,。 + 1/Cn

两个电容串联:CT = C1 · C2 / (C1 + C2)

18、并联时的容值

CT = C1 + C2 + ,,。 + Cn

19、重复次数(Againg Rate)

A.R. = % △C / decade of time

上述公式中的符号说明如下:

K = 介电常数

A = 面积

TD = 绝缘层厚度

V = 电压

t = 时间

RS = 串联电阻

f = 频率

L = 电感感性系数

δ = 损耗角

Ф = 相位角

L0 = 使用寿命

Lt = 试验寿命

Vt = 测试电压

V0 = 工作电压

Tt = 测试温度

T0 = 工作温度

X , Y = 电压与温度的效应指数。

话说电容之八:电源输入端的X,Y 安全电容

在交流电源输入端,一般需要增加三个电容来抑制EMI 传导干扰。交流电源的输入一般可分为三根线:火线(L)/零线(N)/地线(G)。在火线和地线之间及在零线和地线之间并接的电容,一般称之为Y 电容。这两个Y电容连接的位置比较关键,必须需要符合相关安全标准,以防引起电子设备漏电或机壳带电,容易危及人身安全及生命,所以它们都属于安全电容,要求电容值不能偏大,而耐压必须较高。一般地,工作在亚热带的机器,要求对地漏电电流不能超0.7mA;工作在温带机器,要求对地漏电电流不能超过0.35mA。因此,Y 电容的总容量一般都不能超过4700pF。

特别提示:Y 电容为安全电容,必须取得安全检测机构的认证。Y 电容的耐压一般都标有安全认证标志和AC250V 或AC275V 字样,但其真正的直流耐压高达5000V 以上。因此,Y 电容不能随意使用标称耐压AC250V,或DC400V之类的普通电容来代用。

在火线和零线抑制之间并联的电容,一般称之为X 电容。由于这个电容连接的位置也比较关键,同样需要符合安全标准。因此,X 电容同样也属于安全电容之一。X 电容的容值允许比Y 电容大,但必须在X 电容的两端并联一个安全电阻,用于防止电源线拔插时,由于该电容的充放电过程而致电源线插头长时间带电。安全标准规定,当正在工作之中的机器电源线被拔掉时,在两秒钟内,电源线插头两端带电的电压(或对地电位)必须小于原来额定工作电压的30%。同理,X 电容也是安全电容,必须取得安全检测机构的认证。X 电容的耐压一般都标有安全认证标志和AC250V 或AC275V 字样,但其真正的直流耐压高达2000V 以上,使用的时候不要随意使用标称耐压AC250V,或DC400V 之类的普通电容来代用。

X 电容一般都选用纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容,这种电容体积一般都很大,但其允许瞬间充放电的电流也很大,而其内阻相应较小。普通电容纹波电流的指标都很低,动态内阻较高。用普通电容代替X 电容,除了耐压条件不能 满足以外,一般纹波电流指标也是难以满足要求的。

实际上,仅仅依赖于Y 电容和X 电容来完全滤除掉传导干扰信号是不太可能的。因为干扰信号的频谱非常宽,基本覆盖了几十KHz 到几百MHz,甚至上千MHz 的频率范围。通常,对低端干扰信号的滤除需要很大容量的滤波电容,但受到安全条件的限制,Y 电容和X 电容的容量都不能用大;对高端干扰信号的滤除,大容量电容的滤波性能又极差,特别是聚脂薄膜电容的高频性能一般都比较差,因为它是用卷绕工艺生产的,并且聚脂薄膜介质高频响应特性与陶瓷或云母相比相差很远,一般聚脂薄膜介质都具有吸附效应,它会降低电容器的工作频率,聚脂薄膜电容工作频率范围大约都在1MHz 左右,超过1MHz 其阻抗将显著增加。 因此,为抑制电子设备产生的传导干扰,除了选用Y 电容和X 电容之外,还要同时选用多个类型的电感滤波器,组合起来一起滤除干扰。电感滤波器多属于低通滤波器,但电感滤波器也有很多规格类型,例如有:差模、共模,以及高频、低频等。每种电感主要都是针对某一小段频率的干扰信号滤除而起作用,对其它频率的干扰信号的滤除效果不大。通常,电感量很大的电感,其线圈匝数较多,那么电感的分布电容也很大。高频干扰信号将通过分布电容旁路掉。而且,导磁率很高的磁芯,其工作频率则较低。目前,大量使用的电感滤波器磁芯的工作频率大多数都在75MHz 以下。对于工作频率要求比较高的场合,必须选用高频环形磁芯,高频环形磁芯导磁率一般都不高,但漏感特别小,比如,非晶合金磁芯,坡莫合金等。

本文转自:连载之:关于滤波电容、去耦电容、旁路电容作用及其原理(6)

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