電解コンデンサを選択する方法は何ですか？

ご存知のように、スイッチング電源は今日の情報機器の主要な電源であり、小型で軽量の電子機器に多大な貢献をしています。スイッチング電源は引き続き小型、軽量、高効率であり、電子機器での使用が増加しており、普及率は増加しています。それに応じて、電解コンデンサは、大小の容量、リップル電流、高周波と低インピーダンス、高温と長寿命に耐え、高密度アセンブリに適している必要があります。

周波数特性とインピーダンス

中小規模の出力スイッチング電源の動作周波数については、価格制限によるいくつかを除いて、20〜40kHzがまだ使用されており、そのほとんどは50kHzを超えています。高電力スイッチング電源のスイッチング周波数は、メインスイッチのスイッチング速度によって制限されます（通常はIGBTを使用）。 20〜40kHzで。スイッチング周波数は異なりますが、スイッチング電源の出力整流およびフィルタリングコンデンサは同じ機能を持ち、主にフィルタコンデンサを使用してリップル電圧成分をフィルタリングし、スイッチング周波数と高調波周波数の電流成分を吸収します。

スイッチング電源の出力で使用されるフィルタコンデンサは、電源周波数回路で選択されたフィルタコンデンサと同じではありません。電源周波数回路でフィルターとして使用される一般的な電解コンデンサーのリップル電圧周波数はわずか100 Hzであり、充放電時間はミリ秒のオーダーです。小さな脈動係数を得るために必要な容量は次のとおりです。数十万マイクロファラッドもの高さ。したがって、低周波の通常のアルミニウム電解コンデンサの一般的な目的は、コンデンサの静電容量、静電容量、および損失正接を増加させることであり、漏れ電流はその長所と短所を特定する主なパラメータです。

スイッチングレギュレータ電源の出力フィルタリング用の電解コンデンサとして、ほとんどのスイッチング電源は方形波または矩形波状態で動作するため、高次の高調波電圧および電流が豊富であり、のこぎり波電圧の周波数はいくつかの高い。 10キロヘルツ、または数十メガヘルツでさえも、その要件は低周波アプリケーションの要件とは異なります。図1に示すように、静電容量は主な指標ではなく、そのインピーダンス周波数特性が測定されます。

図147μF/ 350Vアルミ電解コンデンサのインピーダンス周波数特性

図から、周波数が増加するにつれて容量性リアクタンスが減少し、誘導性リアクタンスが増加することがわかります。容量性リアクタンスが誘導性リアクタンスに等しく、互いに打ち消し合う周波数は、アルミ電解コンデンサの共振周波数であり、このときのインピーダンスは最も低く、ESRのみが残ります。 ESRがゼロの場合、インピーダンスもゼロです。周波数は上昇し続け、誘導性リアクタンスは容量性リアクタンスより大きくなり始め、誘導性リアクタンスがESRに近づくと、インピーダンス周波数特性が上昇し始め、この周波数から誘導性となります。コンデンサは時間的にインダクタです。

製造プロセスにより、静電容量が大きくなると、寄生インダクタンスが大きくなり、共振周波数が低くなり、コンデンサが誘導性になる周波数が低くなります。これには、スイッチングレギュレータ電源の動作周波数帯域で低い等価インピーダンスを持つことが必要です。同時に、内部電源の場合、半導体デバイスによって生成されるピークノイズが数百キロヘルツまで動作するため、良好なフィルタリング効果も得られます。一般に、通常の低周波通常の電解コンデンサは約10 kHzであり、そのインピーダンスは誘導性を示し始めますが、これはスイッチング電源の要件を満たすことができません。

スイッチング電源の出力整流に使用される電解コンデンサでは、インピーダンス周波数特性が300 kHzまたは500 kHzでも上昇傾向を示さないことが必要です。電解コンデンサのESRは低く、スイッチングレギュレータの高周波リップルとスパイク電圧を効果的に除去します。通常の電解コンデンサは、100 kHz後に上昇傾向を示し始め、スイッチング電源の出力整流とフィルタリングの効果は比較的低くなります。

通常のCDIIタイプ4700μF、16V電解コンデンサ、スイッチング電源出力フィルタリングのリップルとスパイクは、CD03HFタイプ4700μF、16V高周波電解コンデンサより低くなく、通常の電解コンデンサの温度上昇は比較的高くなります。負荷が突然変化すると、従来の電解コンデンサの過渡応答は、高周波電解コンデンサの過渡応答よりもはるかに劣ります。

スイッチング電源は、高効率のために動作周波数の高周波を増加させます。特に、小型の高出力スイッチング電源の入力フィルタリングコンデンサには高いリップルが必要で、出力は低インピーダンスです。高周波で出力フィルタコンデンサを低インピーダンスにするには、等価直列抵抗を減らす必要があります。

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