对于稳定电源的设计来说,电容是电路稳定的必要元件,被用来滤波,储存能量,频响/相位补偿,功率因数补偿等等。一般地,主要考虑的就是频率特性,也就是与频率相对应的等效串联阻抗(ESR);其次是耐纹波电流大小;再次是必要的电容容量范围。这三者之间其实也是互有关联的。另外温度特性也很重要。(在制作电源用到的电源芯片的数据手册上,都有电容如何选择的说明,需要仔细阅读。)
当选择电容时,考虑成本的话,首要选择的就是铝电解电容,因为它容量较大,成本低廉,也比较安全,缺点是体积较大(当然体积大也有体积大的好处,散热好),ESR也比较高,高频效应较差,低温性能很差(例如-20摄氏度以下的应用,不要考虑铝液态电解电容,推荐用钽/铌电容或者固态铝电解电容)。
一般地,在数十到数百微法区间应用的电解电容的ESR是数十欧姆到零点几欧姆的数量级,相应的频率范围是几兆赫兹以下,其耐纹波电流约数十~数百毫安。对于低阻抗电解电容,其ESR则能减少一个数量级,即几十毫欧到几欧。
应按照纹波电压的要求来选取电容,例如要求纹波电压为100mV,则电容的纹流与ESR之乘积为0.1V(即:Ur = Ir x ESR,其中Ur为纹波电压,Ir为纹波电流),如果电容的ESR为0.5欧,则其耐纹流应至少为0.2A,而这两个数值所对应的电解电容都有哪些呢?一般就是100-1000微法,即可满足要求(可参看电解电容厂家提供的数据手册)。至于耐压值,在满足>额定电压*1.5的基础上,是越高越好了。比如输出12V,那么额定电压必须在18V以上,则20V和25V档的电容可选。
要保证高频特性好,电解电容能力不足,必须加其他电容来弥补,例如陶瓷电容,一般选择0.01-0.1微法的容量,需要注意的是陶瓷电容再大的话,其ESR很低,只有几毫欧-几十毫欧,ESR过小可能会引起输出纹波电压的振荡,也就是说单个电解电容的ESR也不能过低,一般在50毫欧-2欧之间就可以了,如果实在要求极低的纹波电压,可以多个电解并联。
对于要保证输出“硬”特性的电流,如果电压转换部分不够“硬”的话,单靠大容量电解电容来弥补电压跌落是不现实的。
总的来说,容量增大,ESR降低,耐纹波电流增大,体积增大,频率特性降低,ESL(等效串联电感)增大,这是电解电容的特点,所以并不是容量越大越好,要根据纹压和电解电容手册来选择合适的大小。
此解答只是从大体原则上给出了电解电容的大体选取范围,没有具体的量化显式的计算公式,因此仅供参考,真实的数据还要靠实践来获取,只有自己真正动手实践了,经验才是自己的。需要认真记录实验数据,查阅相关文档,动脑动手计算后,再写下心得笔记备案,知识才真正属于自己。
祝:试验成功,DIY愉快!
呵呵
准确计算是依照滤波要达到的纹波数据来的,计算很复杂,需要知道的其他数据很多,比如负载最大电流,负载阻抗特性,等等。很不实用。
通常工程上依照输出电流和应用情况来估算,指标是:1000uF/500mA。即每500mA的电流,需要1000uF的电容量。可调整范围为30%左右。