Электролитические конденсаторы для обратноходовых преобразователей

Среди приложений мощностью до 150 Вт очень высока популярность источников питания, выполненных по технологии обратноходового преобразования (Flyback). Это объясняется их простотой (особенно при высокой степени интеграции контроллера), надежностью и экономичностью. Ключевые элементы схемы такого преобразования показаны на рис. 1. Принцип работы заключается в следующем: сначала, когда открыт транзистор Q, происходит накопление энергии в трансформаторе, затем транзистор закрывается и энергия передается во вторичную цепь через открывшийся диод D. Дискретность передачи энергии обеспечивает еще одно положительное свойство: уменьшается вероятность проникновения помех между первичной и вторичной сторонами.

Рис. 1. Базовые элементы flyback-преобразователя

Импульсный и прерывистый характер работы накладывает определенные требования к выбору входных и выходных конденсаторов. Они должны выдерживать значительные пульсации тока на большой частоте, успевать накопить необходимую энергию и отдать ее в нагрузку без значительной пульсации выходного напряжения. Но различные паразитные элементы эквивалентной схемы (рис. 2) алюминиевого электролитического конденсатора (АЭК) будут препятствовать его нормальному функционированию.


Рис. 2. Эквивалентная схема конденсатора

Из-за эквивалентных последовательных сопротивления (ESR) и индуктивности (ESL) на конденсаторе рассеивается в тепло мощность, прямо пропорциональная квадрату тока и значению ESR (влияние ESL зависит от частоты пульсаций). Высокая температура снижает срок его службы (рис. 3), а перегрев приводит к взрывному выходу из строя и отказу источника питания. На рисунке приведены графики для серии RH производства компании Capxon, срок службы которых составляет 8000 ч.

Рис. 3. Расчет ожидаемого срока службы АЭК Capxon

Различные технологии изготовления влияют на характеристики АЭК, их общее сравнение показано в таблице 1 (отдельные серии, а также компоненты разных производителей могут иметь другие, значительно лучшие параметры).

Таблица 1. Сравнение различных технологий

Для выбора конденсатора в первичной цепи преобразователя следует учесть, что если источник питания будет работать в сети напряжением 85…265 В АС, компонент должен выдержать напряжение 370 В AC, при этом необходимо обеспечить некоторый запас. Емкость можно примерно рассчитать как произведение 2...3 мкФ на значение мощности преобразователя (Вт). В таблице 2 приведены диапазоны емкости и допустимого тока среди высоковольтных АЭК производства компаний Su’scon, Capxon и Aishi.

Таблица 2. Высоковольтные (400...500 В) АЭК с T ≥105°С

Для оценки значения емкости выходного конденсатора можно воспользоваться следующей формулой:

C = (10 * I) / (Vr * f),

где I – ток в цепи нагрузки, Vr – пульсации выходного напряжения, f – частота преобразования. Основным условием остается малое значение эквивалентного последовательного сопротивления. В таблице 3 перечислены серии и некоторые параметры классических, полимерных и гибридных АЭК. Исходя из этих параметров, можно отметить, что среди классических тоже есть варианты с ультрамалыми значениями ESR.

Таблица 3. Низковольтные АЭК с T ≥105°С

Производители: AISHI, CAPXON, KUAN KUN ELECTRONIC ENTERPRISE CO., LTD.

Разделы: Конденсаторы электролитические алюминиевые

Опубликовано: 22.04.2025