【电容十说】之八：开关电源设计中的电容如何选型
时间：2021-09-06 15:22:35
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电容器是开关电源中最常见的设备，可用于降低纹波噪声，提高电源的稳定性和瞬态响应性。然而，电容器有很多种。如何通过技术快速选择，产品可靠性高，性能稳定？
一：电容种类的了解
对电容类型的大致了解有助于快速筛选电容类型。电容器种类繁多，如图1所示，按封装分为贴片电容器、插件电容器，按介质分为陶瓷电容器、钽电容器、电解电容器、云母电容器、薄膜电容器等，按结构形势分为固定电容器、半固定电容器、可变电容器。
电容器种类繁多，容易患综合征，但不必担心。在开关电源中，我们使用最多的是陶瓷电容器、电解电容器和钽电容器，了解电容器的种类，接下来就是了解电容器的性能参数。
二：电容关键参数的认识
了解电容的内在关键参数，才能快速选型，可靠使用，所有的电容的关键参数都是一样的，包括电容容值、电容的耐压值、电容的ESR、电容容值精度、电容允许的工作温度范围。
三：要了解电容本身特性
在开关电源设计中，使用频率最高的电容是陶瓷电容、电解电容、钽电容，需要了解它们的特性差异才能快速的进行选择。
了解了以上三种电容的特性，在使用它们的时候就可以游刃有余
四：要了解使用环境
电容器的使用环境也分为电路内部环境和电路外部环境，电路内部环境包括频率、电压值、电流值、电容器在电路中的主要作用等；电容器的种类可根据电路频率确定；电容器的耐压值可根据电压值确定；电路中的主要作用可根据电路外部使用环境选择；电容器的耐压值可根据电路外部使用环境选择，产品工作环境温度、安规要求等，可用于缩小电容器的选择范围。电容器选型不当，在使用过程中会出现爆浆、电解液干涸等现象，最终导致电源失效。如下图2所示。
五：开关电源中部分电路电容选型举例
（1）吸收电路的电容选型，如下图3所示，在开关电源中，在MOS管或二极管上并联电容吸收尖峰是很常见的电路，那么这颗电容该如何去选择呢？首先，考虑电路环境，即电容上可能承受的最大电压应力，可以确定电容的耐压值选；其次，作为吸收电路，容值不能太大，太大会影响整机效率，故容值一般使用PF级别电容，电容的高频特性要好，根据这些特点，选择陶瓷电容是最理想的；然而陶瓷电容还分NPO，COG材质，根据温度特性还分X5R、X7R等，无需愁，只要了解了电路环境对使用电容的精度要求及温度要求，这些都可迎刃而解，在这种吸收电路中，对电容精度要求不高，一般的COG材质的电容可以满足。
（2）启动电路，以芯片3843为例，用RC启动，如图4所示，C值一般用到uF级别的电容，且温度特性要好，要不然在温度变化时，容值不够，会启动不良，在此可以选择钽电容和陶瓷电容；但是，钽电容有一个问题就是不符合安规要求，如果要过安规认证，就只能选择陶瓷电容。
（3）滤波电路电容选择，已常见的滤波电路为例，见图5，根据电路中电容两端电压确定耐压值，如输出电压24V，就不能选择15V或是25V耐压值的电容，电路中最大电流可以用来确定容值，电流大需要得到更小纹波，就要选择大容量的电容，滤波电路中，电容值可以用纯陶瓷、纯电解电容，或是电解电容混合陶瓷电容一起使用。
六：汽车级电源使用电容选型举例
汽车级电源电容选型就涉及到使用环境对电容的筛选，汽车级电源工作环境温度较一般的工业级电源要求高，工作温度要求达到125℃，所以电容选型是要选择温度特性好、耐高温、安规性能好的电容。End
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电容器是开关电源中最常见的设备，可用于降低纹波噪声，提高电源的稳定性和瞬态响应性。然而，电容器有很多种。如何通过技术快速选择，产品可靠性高，性能稳定？
一：电容种类的了解
对电容类型的大致了解有助于快速筛选电容类型。电容器种类繁多，如图1所示，按封装分为贴片电容器、插件电容器，按介质分为陶瓷电容器、钽电容器、电解电容器、云母电容器、薄膜电容器等，按结构形势分为固定电容器、半固定电容器、可变电容器。
电容器种类繁多，容易患综合征，但不必担心。在开关电源中，我们使用最多的是陶瓷电容器、电解电容器和钽电容器，了解电容器的种类，接下来就是了解电容器的性能参数。
二：电容关键参数的认识
了解电容的内在关键参数，才能快速选型，可靠使用，所有的电容的关键参数都是一样的，包括电容容值、电容的耐压值、电容的ESR、电容容值精度、电容允许的工作温度范围。
三：要了解电容本身特性
在开关电源设计中，使用频率最高的电容是陶瓷电容、电解电容、钽电容，需要了解它们的特性差异才能快速的进行选择。
- 陶瓷电容容值较小，高频特性好，工作温度范围较广，ESR较电解电容小，体积小，没有极性；
- 电解电容容值可以做大，但工作温度范围较窄，ESR较大，有极性；
- 钽电容ESR最小，容值可比陶瓷电容大一些，有极性，安规性能差，容易起火。
了解了以上三种电容的特性，在使用它们的时候就可以游刃有余
四：要了解使用环境
电容器的使用环境也分为电路内部环境和电路外部环境，电路内部环境包括频率、电压值、电流值、电容器在电路中的主要作用等；电容器的种类可根据电路频率确定；电容器的耐压值可根据电压值确定；电路中的主要作用可根据电路外部使用环境选择；电容器的耐压值可根据电路外部使用环境选择，产品工作环境温度、安规要求等，可用于缩小电容器的选择范围。电容器选型不当，在使用过程中会出现爆浆、电解液干涸等现象，最终导致电源失效。如下图2所示。
五：开关电源中部分电路电容选型举例
（1）吸收电路的电容选型，如下图3所示，在开关电源中，在MOS管或二极管上并联电容吸收尖峰是很常见的电路，那么这颗电容该如何去选择呢？首先，考虑电路环境，即电容上可能承受的最大电压应力，可以确定电容的耐压值选；其次，作为吸收电路，容值不能太大，太大会影响整机效率，故容值一般使用PF级别电容，电容的高频特性要好，根据这些特点，选择陶瓷电容是最理想的；然而陶瓷电容还分NPO，COG材质，根据温度特性还分X5R、X7R等，无需愁，只要了解了电路环境对使用电容的精度要求及温度要求，这些都可迎刃而解，在这种吸收电路中，对电容精度要求不高，一般的COG材质的电容可以满足。
（2）启动电路，以芯片3843为例，用RC启动，如图4所示，C值一般用到uF级别的电容，且温度特性要好，要不然在温度变化时，容值不够，会启动不良，在此可以选择钽电容和陶瓷电容；但是，钽电容有一个问题就是不符合安规要求，如果要过安规认证，就只能选择陶瓷电容。
（3）滤波电路电容选择，已常见的滤波电路为例，见图5，根据电路中电容两端电压确定耐压值，如输出电压24V，就不能选择15V或是25V耐压值的电容，电路中最大电流可以用来确定容值，电流大需要得到更小纹波，就要选择大容量的电容，滤波电路中，电容值可以用纯陶瓷、纯电解电容，或是电解电容混合陶瓷电容一起使用。
六：汽车级电源使用电容选型举例
汽车级电源电容选型就涉及到使用环境对电容的筛选，汽车级电源工作环境温度较一般的工业级电源要求高，工作温度要求达到125℃，所以电容选型是要选择温度特性好、耐高温、安规性能好的电容。End
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