基于高(gāo)壓陶瓷電(diàn)容設計(j'ì)的(de)開(kāi)關電(diàn)源優勢分(f ←₩∑ēn)析
來(lái)源：世紀電(diàn)源網
摘要(yào)：序言現(xiàn)代電(diàn)源技(jì)術(shù)中♥©π&，無論是(shì)線性電(diàn)源還(hái)是(shì)開(kāi)關≠≤©電(diàn)源，鋁電(diàn)解電(d∞∞iàn)容都(dōu)是(shì)必不(bù)可(kě)少(sα↔≥hǎo)的(de)關鍵器(qì)件(jiàn)。然¶ 而，在行(xíng)業(yè)內(nèi)常規的(de)AC-DC電(δ₩↕diàn)源設計(jì)中，鋁電(diàn)解電(diàn)容會(huì)給•×電(diàn)源帶來(lái)高(gāo)低(<≤≤•dī)溫條件(jiàn)下(xià)可(kě)靠性πφσ差、壽命短(duǎn)等問(wèn)題。那(φ&∑nà)麽，有(yǒu)沒有(yǒu)一(yī)種既能(néβ>ng)替代傳統鋁電(diàn)解電(diàn)容∑γ，又(yòu)能(néng)提高(gāo)電(diàn)源可(kě)靠性≤Ω和(hé)...
序 言
現(xiàn)代電(diàn)源技(jì)術(shù)中，無β£↔∑論是(shì)線性電(diàn)源還(hái≈ )是(shì)開(kāi)關電(diàn)源，鋁電(diàn)解電($₽↓diàn)容都(dōu)是(shì)必不(bù)可(kě)少(₹®λ↓shǎo)的(de)關鍵器(qì)件(jiàn)。然而 Ω，在行(xíng)業(yè)內(nèi)常規的(de α)AC-DC電(diàn)源設計(jì)中，鋁電(diàn)解電(diàn)↔→ φ容會(huì)給電(diàn)源帶來(lái)高(÷¥♦₹gāo)低(dī)溫條件(jiàn)下(xλ≈ià)可(kě)靠性差、壽命短(duǎn)等問(wèn)題。那(nà)麽，有(€↑yǒu)沒有(yǒu)一(yī)種既能(néng™γ₩)替代傳統鋁電(diàn)解電(diàn)容，又(yòu)能(néng)提高(δ≈≤gāo)電(diàn)源可(kě)靠性和(hé)壽命的✘≈(de)器(qì)件(jiàn)呢(ne)？本文(wén)著(>γ'zhe)重從(cóng)高(gāo)壓陶瓷電(diàn)容與傳Ω×>統鋁電(diàn)解電(diàn)容的(de∏¶¥)優劣勢對(duì)比進行(xíng)探討(tǎo)與分(fēn)析'♠∏×。
一(yī)、鋁電(diàn)解電(diàn)容的(de)設計(j ≠ì)缺陷
AC-DC電(diàn)源轉換器(qì)，要(yào)實現(xiàn)交流↕≈∑↔到(dào)直流的(de)變換，首先需要(yào)将 ¶ε交流電(diàn)壓經過整流濾波後形成一(yī)✘©→個(gè)穩定、平滑的(de)直流電(diàn)壓給自(zì)身(shēn)及₽₽δ外(wài)部器(qì)件(jiàn)供電(diàn)。而電(d¥$iàn)解電(diàn)容由于具有(yǒφ®≤πu)單位體(tǐ)積內(nèi)電(diàn)容量↑≈"±大(dà)、額定容量大(dà)（可(kě)實現(xiàn)法拉級）、價格低(≈<dī)廉等優點，常成為(wèi)常規開(kāi)關★•€電(diàn)源中整流濾波的(de)關鍵器∞$ ★(qì)件(jiàn)。電(diàn)解電(diàn)容是(shì)由鋁×$圓筒做(zuò)負極，裡(lǐ)面裝有(yǒu)液體(tǐ)電(di•≤↕àn)解質，插入一(yī)片彎曲的(de)鋁帶做(zuò)β£÷正極制(zhì)成，電(diàn)解液在高(gāo)₩>•'溫和(hé)低(dī)溫等極端條件(jiàn)下(x₹≠♦₹ià)，非常容易漏液和(hé)幹涸，從(cón♦πg)而使其電(diàn)氣屬性發生(shēng)變×φ •化(huà)，最終導緻電(diàn)容失效。一(yīγ≈)旦鋁電(diàn)解電(diàn)容失效，因其劇(jù)烈反應形成壓力♠♠≥，就(jiù)會(huì)釋放(fàng)出易燃、腐蝕性氣體(tǐ)$≈§，導緻AC-DC模塊電(diàn)源失效。
根據鋁電(diàn)解電(diàn)容的(de)物(wù)理(€€¶ lǐ)結構，可(kě)以用(yòng)圖 1中所示的(de)•≥±電(diàn)路(lù)等效，其中CAK代表兩電(diàn≈∑)極間(jiān)的(de)理(lǐ)想電(di'€φ™àn)容量；Rp 是(shì)并聯電(diàn)阻，代表了(le)電(d"Ω≠iàn)容的(de)漏電(diàn)流成分(fēn)；Rl 代表了(le)電(♠λ↓®diàn)容引出端及電(diàn)極部分(fēn)的§ φ(de)串聯電(diàn)阻成分(fēn≥♥₹₹)；L 代表了(le)引出線和(hé)連接處的(de)等>↕≠效串聯電(diàn)感成分(fēn)。
鋁電(diàn)解電(diàn)容的("φγλde)性能(néng)主要(yào)依賴其中介質部分(fēn)，即陽極金(≠↕jīn)屬氧化(huà)膜部分(fēn)。除受初≠₹✘€始工(gōng)藝的(de)影(yǐng)響外¥¥₹(wài)，在工(gōng)作(zuò)過程中，電(diàn)解液λΩ也(yě)會(huì)不(bù)斷修補并增厚該氧化(huà)膜，随著™∞π(zhe)陽極金(jīn)屬氧化(huà)膜的(de)不(bù)斷增厚♣Ω♦，鋁電(diàn)解電(diàn)容等效電(diàn)路(lù∏γ)模型中的(de)電(diàn)容值C會(huì)不∑≥$(bù)斷下(xià)降，等效串聯電(dià&≤•✔n)阻ESR會(huì)不(bù)斷增大(dà)₹β，同時(shí)陰極反應産生(shēng)的>✔>₩(de)氫氣又(yòu)加速了(le)電(diàn)↔✘β✘解液的(de)揮發，這(zhè)些(xiē)便是(shì)引起鋁"∏電(diàn)解電(diàn)容退化(huà)的(de)主要(yào∏π)因素。
因而，雖然電(diàn)解電(diàn)容有(yǒu)著(zhe)其他αΩ±(tā)類型的(de)電(diàn)容無法替代的(de)優勢，但☆∏¥(dàn)還(hái)是(shì)具有(yǒu)內(nèi)部✔↓損耗大(dà)、靜(jìng)電(diàn)容量α✘÷Ω誤差大(dà)、漏電(diàn)流大(dà)、高(gāo)低(dī)溫特性∏差等缺陷。故采用(yòng)電(diàn)解電(diàn)容設計™(jì)的(de)常規AC-DC電(diàn)源模塊在高(π★gāo)低(dī)溫特性、可(kě)靠性、使用(yòng)壽命等方面具有(yǒ∑¶u)明(míng)顯的(de)劣勢。
那(nà)麽，如(rú)果AC-DC電(diàn)源設計(jì)中不(bù€δ₹)使用(yòng)電(diàn)解電(diàn)容，≤↑σ電(diàn)源産品将會(huì)怎樣呢(ne)？無電(diàn)解電(d¶®iàn)容的(de)AC-DC電(diàn)源模塊是(shì)否可(kě)避免≤✘上(shàng)述緻命缺陷？
日(rì)前，金(jīn)升陽通(tōng)過采用(yòn£→™g)高(gāo)壓陶瓷電(diàn)容的(de)填 ✘←↔谷電(diàn)路(lù)設計(jì)替代并優化(huà)電☆δ≤(diàn)解電(diàn)容的(de)基本 ♣功能(néng)，成功設計(jì)出滿足性能(néng)要(yào)求←的(de)無電(diàn)解電(diàn)容AC-DC電♠↕♣(diàn)源模塊LN系列，解決了(le)AC-DC電(diàn)↔β→源因電(diàn)解電(diàn)容而帶來(l'™•ái)的(de)産品大(dà)體(tǐ)積、↑>壽命短(duǎn)、高(gāo)低(dī)溫性≥ 能(néng)差等問(wèn)題。
二、無電(diàn)解電(diàn)容産品的(de)優勢×↔
與電(diàn)解電(diàn)容相(xiàng)比，αε♣ 陶瓷電(diàn)容具有(yǒu)極低(dī)的(de)ESR和('hé)ESL，能(néng)降低(dī)因寄生♦σ(shēng)參數(shù)而引起的(de)損壞風(fēng)險；同時(s₽±♥✘hí)，因陶瓷電(diàn)容的(de)電(≠÷∑diàn)解質在高(gāo)低(dī)溫等極✘α限條件(jiàn)下(xià)不(bù)易揮發、凝固≤©&，容量相(xiàng)對(duì)穩定，能(né×∑®♠ng)長(cháng)時(shí)間(jiān)保持電(d×<×♥iàn)容的(de)電(diàn)氣特性，從(↓×♠cóng)而極大(dà)地(dì)提高(∑∑gāo)了(le)電(diàn)源産品的( σde)高(gāo)低(dī)溫性能(nén→δδ↔g)和(hé)長(cháng)期使用(yòng)的(de)可(kě)靠性。
1）高(gāo)效、環保
LN系列采用(yòng)填谷電(diàn)路(lù)進行($Ωxíng)設計(jì)，利用(yòng)高(gāo)₩€壓陶瓷電(diàn)容完美(měi)替代鋁電(diàn)解電(diàn)容，增<∏♣加了(le)整流管的(de)導通(tōng)角，使輸入電(dià₩n)流波形從(cóng)尖峰脈沖變得(de)更接近(jìn)≥±正弦波，從(cóng)而大(dà)幅度提高(g ¥āo)電(diàn)源的(de)功率因素（如(rú)表1所示），提高(gā¶αλo)電(diàn)源的(de)轉換效率，★∏更加利于環保節能(néng)，顯著降低(dī↕¶)總諧波失真。如(rú)圖1所示：
以下(xià)所有(yǒu)表中舊(jiù)方案✘ 為(wèi)采用(yòng)電(diàn)解電(diàn)容的(≠∏£¥de)産品，新方案為(wèi)采用(yòng)填₽∞₽谷電(diàn)路(lù)無電(diàn)解電(diàn)容的(≤<de)新産品
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2）産品壽命的(de)提升
電(diàn)源本身(shēn)是(shì)一 ∞(yī)個(gè)功率器(qì)件(jiàn)，在正常工(gōng)作↑™€σ(zuò)時(shí)功率損耗通(tōng)過 '∑熱(rè)的(de)形式散發到(dào)±₹©λ外(wài)部，其內(nèi)部的(de)變壓器(qì×←)、開(kāi)關器(qì)件(jiàn)、整流二極管等都(dō♦<∞u)是(shì)發熱(rè)器(qì)件(jiàn)。除內(nè±"σγi)部因素外(wài)，大(dà)部分(fēn)電(diàn)源需應用(yòn©λg)在較高(gāo)的(de)環境溫度中，這(zhè)些(xiē)都(dōu<₽)會(huì)導緻電(diàn)解液的(de)¥€揮發，降低(dī)電(diàn)解電(dπ←iàn)容的(de)使用(yòng)壽命。
陶瓷電(diàn)容采用(yòng)☆®π特性最穩定的(de)陶瓷材料作(zuò)為(wèi)介質，特别是(shì)一( ↓yī)類陶瓷電(diàn)容（NOP) 能•¶♠™(néng)實現(xiàn)-55℃~+125℃的<↑€∏(de)工(gōng)作(zuò)環境溫度，€↑容量變化(huà)不(bù)超過±30ppm/℃。電(diàn¶♣)容溫度變化(huà)時(shí)，容值很(hěn)穩定，即具有(yǒu)溫> π↕度補償功能(néng)，适用(yòng)于要(yào)求容值在溫度變化(h•™♥uà)範圍內(nèi)穩定和(hé)高(gāo)Q值的(de)¶ 線路(lù)以及各種諧振線路(lù)中；二/三類® 陶瓷（X7R）實現(xiàn)-55℃~+'•125℃的(de)工(gōng)作(zuò)溫度範≠φ圍內(nèi)，容量最大(dà)的(de)變化(huà)為(w≥₩σèi) ±15%。
從(cóng)高(gāo)壓陶瓷電(diàn)容的(de)介質<§與鋁電(diàn)解電(diàn)容的(de)電(diàn)解液介質本身(sh×£ēn)的(de)特性可(kě)以看(kàn)出，≈¥♦Ω陶瓷電(diàn)容能(néng)夠承受更嚴格的(de₩ )環境要(yào)求，對(duì)電(diàn)源産品的©ε(de)壽命、可(kě)靠性的(de)設計(jì)都(dōu)有(yǒu)ε♦$著(zhe)重要(yào)的(de)意義，能(néng)夠很(hěn)大™↑(dà)程度地(dì)提高(gāo)電(diàn)源産品的(de)使∑←用(yòng)壽命以及可(kě)靠性。
金(jīn)升陽無電(diàn)解電(dià>♥n)容AC-DC電(diàn)源模塊LN系列通(tōng)過采用(yòng)填谷電(diàn)路(lù)，利用(y↕☆òng)高(gāo)壓陶瓷電(diàn)容成功替÷≠'代鋁電(diàn)解電(diàn)容，能(néngγ☆☆$)夠有(yǒu)效避免電(diàn)解電(diàn)容因內♥σ→(nèi)部電(diàn)解液導緻的(de ε)高(gāo)低(dī)溫性能(néng)差問 ₩✔(wèn)題；避免因電(diàn)解液的(de)揮發×$導緻電(diàn)容容值下(xià)降、電(diàn)源↓✘Ωε産品壽命降低(dī)問(wèn)題；甚至可(kě)以避免因電(diσ"¥àn)解液的(de)劇(jù)烈噴發或者漏液引起的(de)安全問(wè↑↕↕n)題。
3）穩定的(de)高(gāo)低(dī)溫特性
目前，大(dà)多(duō)數(shù§↑)常規電(diàn)解電(diàn)容的(de)額定工(gōng)作(zu☆γλ₹ò)溫度為(wèi)105℃，但(dàn)ε©≈因電(diàn)解電(diàn)容在高(gāo)溫條件(®↔∑jiàn)下(xià)電(diàn)解液易揮發，電(diàn™ )源本身(shēn)發熱(rè)較大(dà)等原✔♦因，常規采用(yòng)電(diàn)解電(diàn)容的(de)AC∑β®←-DC電(diàn)源隻能(néng)工(g•δōng)作(zuò)在70℃的(de)環境條件(jiàn)下(xià)。要(♥™♦yào)提高(gāo)電(diàn)源的(de)工( gōng)作(zuò)環境溫度，必須采用(yòng<®)價格更昂貴、體(tǐ)積更大(dà)的(de)電(diàn) 解電(diàn)容，或者以降額的(de)方式實現(xiàn)高(gāo)低★₽(dī)溫條件(jiàn)下(xià)的(de)應用(yòng)，下(x☆♥ià)面以金(jīn)升陽常規AC-DC¥≈¶♣電(diàn)源産品在高(gāo)低(dī)溫環ε 境下(xià)的(de)降額要(yào)₹ σ求如(rú)圖3：
金(jīn)升陽LN系列能(néng←ββ↕)在成本、體(tǐ)積變化(huà)不(bù)大(dà)的(de)情況下(xi★₹à)實現(xiàn)高(gāo)溫工(gōng)作'∞>(zuò)，能(néng)滿足-40℃到(d≠♣β™ào)70℃條件(jiàn)下(xià)無任何降額要λ€(yào)求，可(kě)應用(yòng)在環境溫度較高→φ(gāo)/較低(dī)，且對(duì)電(diàn)源産品的(d♥₩e)可(kě)靠性、使用(yòng)壽命較高 €(gāo)的(de)場(chǎng)合，如(rú)路(lù)燈控制(zh∏λ↕ì)、LED等行(xíng)業(yè)。
4）高(gāo)EMC特性
金(jīn)升陽無電(diàn)解電(diàn)容L÷≥N系列産品，充分(fēn)考慮到(dào)不(b€♥ù)同應用(yòng)場(chǎng)合、不(bù)↔♠同的(de)設計(jì)要(yào)求，對(duì)α∞産品的(de)EMC性能(néng)進行(xíng)了(le)全♠面的(de)升級優化(huà)。在模塊內(nèi)部通(tōng)過PCB設計Ω★(jì)、采用(yòng)多(duō)級EMC濾波等方式實現(xi$™€→àn)在無任何外(wài)圍防護器(qì)★≥'件(jiàn)的(de)情況下(xià)EMI滿足CLSS B✔&®，防浪湧能(néng)力達4級。
三、總結
金(jīn)升陽無電(diàn)解電(diàn)容AC-DC♦ 電(diàn)源模塊LN系列的(de)成功開(kāi)發證明(míng)AC '-DC電(diàn)源設計(jì)中也(yě)可(kě)不(bù)使用(yò≠§₽↕ng)電(diàn)解電(diàn)容。通(tōng↔↓•)過采用(yòng)高(gāo)壓陶瓷電(diàn∑§±£)容的(de)填谷電(diàn)路(lù)設計♣ (jì)替代并優化(huà)電(diàn)解電φ≈(diàn)容的(de)基本功能(néng)，能(néng)夠完美(mě←↔i)解決電(diàn)源模塊因電(diàn)解電(diànσ®∞)容本身(shēn)固有(yǒu)缺陷而産生(₽®shēng)的(de)高(gāo)低(dī)φ 溫性能(néng)差、可(kě)靠性差、使用(yòng ≥♣¶)壽命短(duǎn)等問(wèn)題。
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