金升阳基于高压陶瓷电容设计的开关电源优势分析

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1、No.1Big-bit电源供应器网 http://power.big-bit.com金升阳基于高压陶瓷电容设计的开关电源优势分析　　　　【大比特导读】在行业内常规的AC-DC电源设计中，铝电解电容会给电源带来高低温条件下可靠性差、寿命短等问题。那么，有没有一种既能替代传统铝电解电容，又能提高电源可靠性和寿命的器件呢?本文着重从高压陶瓷电容与传统铝电解电容的优劣势对比进行探讨与分析。　　现代电源技术中，无论是线性电源还是开关电源，铝电解电容都是必不可少的关键器件。然而，在行业内常规的AC-DC电源

2、设计中，铝电解电容会给电源带来高低温条件下可靠性差、寿命短等问题。那么，有没有一种既能替代传统铝电解电容，又能提高电源可靠性和寿命的器件呢?本文着重从高压陶瓷电容与传统铝电解电容的优劣势对比进行探讨与分析。　　一、铝电解电容的设计缺陷　　AC-DC电源转换器，要实现交流到直流的变换，首先需要将交流电压经过整流滤波后形成一个稳定、平滑的直流电压给自身及外部器件供电。而电解电容由于具有单位体积内电容量大、额定容量大(可实现法拉级)、价格低廉等优点，常成为常规开关电源中整流滤波的关键器件。电解电容是由

3、铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成，电解液在高温和低温等极端条件下，非常容易漏液和干涸，从而使其电气属性发生变化，最终导致电容失效。一旦铝电解电容失效，因其剧烈反应形成压力，就会释放出易燃、腐蚀性气体，导致AC-DC模块电源失效。　　根据铝电解电容的物理结构，可以用图1中所示的电路等效，其中CAK代表两电极间的理想电容量;Rp是并联电阻，代表了电容的漏电流成分;Rl代表了电容引出端及电极部分的串联电阻成分;L代表了引出线和连接处的等效串联电感成分。　　No.5Big-

4、bit电源供应器网 　　铝电解电容的性能主要依赖其中介质部分，即阳极金属氧化膜部分。除受初始工艺的影响外，在工作过程中，电解液也会不断修补并增厚该氧化膜，随着阳极金属氧化膜的不断增厚，铝电解电容等效电路模型中的电容值C会不断下降，等效串联电阻ESR会不断增大，同时阴极反应产生的氢气又加速了电解液的挥发，这些便是引起铝电解电容退化的主要因素。　　因而，虽然电解电容有着其他类型的电容无法替代的优势，但还是具有内部损耗大、静电容量误差大、漏电流大、高低温特性差等缺陷。故采用电解电容设计的常规AC-DC

5、电源模块在高低温特性、可靠性、使用寿命等方面具有明显的劣势。　　那么，如果AC-DC电源设计中不使用电解电容，电源产品将会怎样呢?无电解电容的AC-DC电源模块是否可避免上述致命缺陷?　　日前，金升阳通过采用高压陶瓷电容的填谷电路设计替代并优化电解电容的基本功能，成功设计出满足性能要求的无电解电容AC-DC电源模块LN系列，解决了AC-DC电源因电解电容而带来的产品大体积、寿命短、高低温性能差等问题。　　二、无电解电容产品的优势　　与电解电容相比，陶瓷电容具有极低的ESR和ESL，能降低因寄生参

6、数而引起的损坏风险;同时，因陶瓷电容的电解质在高低温等极限条件下不易挥发、凝固，容量相对稳定，能长时间保持电容的电气特性，从而极大地提高了电源产品的高低温性能和长期使用的可靠性。　　1)高效、环保No.5Big-bit电源供应器网 　　LN系列采用填谷电路进行设计，利用高压陶瓷电容完美替代铝电解电容，增加了整流管的导通角，使输入电流波形从尖峰脉冲变得更接近正弦波，从而大幅度提高电源的功率因素(如表1所示)，提高电源的转换效率，更加利于环保节能，显著降低总谐波失真。如图1所示：　　　　以下所有表中

7、旧方案为采用电解电容的产品，新方案为采用填谷电路无电解电容的新产品　　　　2)产品寿命的提升　　电源本身是一个功率器件，在正常工作时功率损耗通过热的形式散发到外部，其内部的变压器、开关器件、整流二极管等都是发热器件。除内部因素外，大部分电源需应用在较高的环境温度中，这些都会导致电解液的挥发，降低电解电容的使用寿命。　　陶瓷电容采用特性最稳定的陶瓷材料作为介质，特别是一类陶瓷电容(NOP)No.5Big-bit电源供应器网 能实现-55℃~+125℃的工作环境温度，容量变化不超过±30ppm/℃。

8、电容温度变化时，容值很稳定，即具有温度补偿功能，适用于要求容值在温度变化范围内稳定和高Q值的线路以及各种谐振线路中;二/三类陶瓷(X7R)实现-55℃~+125℃的工作温度范围内，容量最大的变化为±15%。　　从高压陶瓷电容的介质与铝电解电容的电解液介质本身的特性可以看出，陶瓷电容能够承受更严格的环境要求，对电源产品的寿命、可靠性的设计都有着重要的意义，能够很大程度地提高电源产品的使用寿命以及可靠性。　　金升阳无电解电容AC-DC电源模块LN系列通过采用填谷电路，利用高压陶瓷电容成功替代铝电解电