作為開關(guān)電源的輸出整流濾波電容器,臥式電解電容往往是首要的選擇,鋁電解電容器的電容量wq可以滿足要求,而ESR則相對(duì)比較高??梢酝ㄟ^多只并聯(lián)的方法降低ESR。也可以選擇更大的電容量來(lái)降低ESR
ESR是高頻電解電容里面最重要的性能參數(shù),很多電容供應(yīng)商都強(qiáng)調(diào)“LOW ESR”這一性能特征,也就是ESR值很小的意思。那么,我們?nèi)绾握_理解LOW ESR的實(shí)際意義呢?由于現(xiàn)在電子技術(shù)的發(fā)展,供應(yīng)給硬件的電壓正呈現(xiàn)越來(lái)越低的趨勢(shì),例如FPGA、DSP、RAM系列的供電電壓都是很低,有的電路電 壓小于2V,相比以前動(dòng)輒3、4V的電壓要低得多。但是,另一方面這些芯片由于晶體管和頻率爆增,需求的功耗卻是有增無(wú)減,因此按P=UI的公式來(lái)計(jì)算, 這些設(shè)備對(duì)電流的要求就越來(lái)越高了。
比如在電腦主板上,例如兩顆功耗同樣是70W的CPU,前者電壓是3.3V,后者電壓是 1.8V。那么,前者的電流就是I=P/U=70W/3.3V大約在21.2A左右。而后者的電流就是I=P/U=70W/1.8V=38.9A,達(dá)到了 前者的近一倍。在通過電容的電流越來(lái)越高的情況下,假如電容的ESR值不能保持在一個(gè)較小的范圍,那么就會(huì)產(chǎn)生比以往更高的漣波電壓(理想的輸出直流電壓 應(yīng)該是一條水平線,而漣波電壓則是水平線上的波峰和波谷)。
此外,即使是相同的漣波電壓,對(duì)低電壓電路的影響也要比在高電壓情況下更 大。例如對(duì)于3.3V的MCU而言,0.2V漣波電壓所占比例較小,還不足以形成致命的影響,但是對(duì)用于1.8V供電的FPGA、DSP而言,同樣是 0.2V的漣波電壓,其所占的比例就足以造成數(shù)字電路的判斷失誤。
那么ESR值與漣波電壓的關(guān)系何在呢?我們可以用以下公式表示:
V=R(ESR)×I
這個(gè)公式中的V就表示漣波電壓,而R表示電容的ESR,I表示電流??梢钥吹剑?dāng)電流增大的時(shí)候,即使在ESR保持不變的情況下,漣波電壓也會(huì)成倍提高,采用更低ESR值的電容是勢(shì)在必行。這就是為什么如今的板卡等硬件設(shè)備上所用的電容,越來(lái)越強(qiáng)調(diào)低ESR的原因。
定制選購(gòu)鋁電解電容容量和耐壓尤為重要
19鋁電解電容本體上標(biāo)有的容量和耐壓,這兩個(gè)參數(shù)是很重要,是選用電容最基本的內(nèi)容。
大容量鋁電解電容
在實(shí)際電容選型中,對(duì)電流變化節(jié)奏快的地方要用容量較大的電容,但并非容量越大越好,首先,容量增大,成本和體積可能會(huì)上升,另外,電容越大充電電流就越大,充電時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)。這些都是實(shí)際應(yīng)用選型中要慮的。
額定工作電壓:在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi),電容長(zhǎng)期可靠地工作,它能承受的zui大直流電壓。在交流電路中,要注意所加的交流電壓zui大值不能超過電容的直流工作電壓值。常用的固定電容工作電壓有6.3v、10v、16v、25v、50v、63v、100v、250v、400v、500v、630v。電容在電路中實(shí)際要承受的電壓不能超過它的耐壓值。
在濾波電路中,電容的耐壓值不要小于交流有效值的1.42倍。另外還要注意的一個(gè)問題是工作電壓裕量的問題,一般來(lái)說(shuō)要在15%以上。
讓電容器的額定電壓具有較多的余裕,能降低內(nèi)阻、降低漏電流、降低損失角、增加壽命。雖然說(shuō), 48v的工作電壓使用50v的鋁電解電容短時(shí)間不會(huì)出現(xiàn)問題,但使用久了,壽命就有可能降低。
現(xiàn)在有不少人把無(wú)電解電容恒流驅(qū)動(dòng)源說(shuō)成是去電源化,這是十分錯(cuò)誤的。因?yàn)闊o(wú)電解電容恒流驅(qū)動(dòng)源只不過是在恒流驅(qū)動(dòng)源里拿掉了電解電容而已,其他的很多元器件都在,怎么就變成了去電源了呢?去電解電容不等于去電源!
無(wú)電解電容電源的最早創(chuàng)始人是美國(guó)硅谷的ExClara公司,他們開發(fā)的芯片是EXC100。這種系統(tǒng)是把整流橋后面的電解電容去掉,使得其輸出電壓保持為半個(gè)正弦波的樣子,后面接的全部串聯(lián)的LED串分為幾個(gè)小串,然后在半個(gè)正弦波期間按照電壓的變化依次點(diǎn)亮這些小串,第yi串最早導(dǎo)通,導(dǎo)通的時(shí)間最長(zhǎng),但導(dǎo)通的電流zui小;第二串稍晚導(dǎo)通,導(dǎo)通時(shí)間其次,電流也稍大。第三串最晚導(dǎo)通,導(dǎo)通時(shí)間最短,電流也zui大。這種無(wú)電解電容系統(tǒng)后來(lái)發(fā)展了很多版本,基本原理都是一樣,只是分的段數(shù)有所不同,。國(guó)內(nèi)還有分成23段的。不管怎樣,它們都有同樣的缺點(diǎn)和問題。
a) 每串都不是全時(shí)間點(diǎn)亮,所以其LED的利用效率低。
b) 各串的電流各不相同,有的低于其額定值,有的高于額定值,所以低于額定值的沒有充分發(fā)揮LED的作用,而高于額定值的就有過負(fù)荷的危險(xiǎn),壽命明顯低于正常驅(qū)動(dòng)。
c) 前兩項(xiàng)加在一起,使得其總的發(fā)光效率降低,經(jīng)過測(cè)試大約低15%左右。
d) zui大的缺點(diǎn)是電流形狀也是半個(gè)正弦波,所以其發(fā)光有100Hz的閃爍(在美國(guó)為120Hz),這種閃爍對(duì)于人眼和人腦都有損害,根據(jù)醫(yī)學(xué)研究結(jié)果認(rèn)為要更高的頻率才沒有影響,所以美國(guó)能源之星明確規(guī)定,LED光源的閃爍頻率必須高于150Hz,這也就意味著這種產(chǎn)品根本就無(wú)法通過美國(guó)能源之星,只好拿到中國(guó)和第三世界來(lái)用。
e) 而且波形圖可以看到還有一段時(shí)間是wq不亮的,如果用數(shù)碼相機(jī)或是手機(jī)照相的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生明顯的斑馬條紋。