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3 器件篇-电容基础知识(2)

时间:2024-09-06 21:42来源:YS珊珊 小尹讲电子 作者:ictest8_edit 点击:

 

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2 基础篇-电容基础知识(1)
 
超级电容

安规电容

电容选择仿真 

1 超级电容

超级电容是一种双电层电容,是一种长期储能装置。相对于电池,超级电容存储和释放电能速度更快。一般用于RTC电路、太阳能能源系统、风力发电系统等。

 

1.1 储能原理

电池、普通电容、超级电容存储能量方式不同,具体见下:
器件 储能原理
电池 通过化学反应存储能量。
普通电容 通过两个极板之间的电场存储能量。
超级电容 通过物理反应存储能量。

由于超级电容的使用的是物理变化,超级电容的生命周期比电池长很多,且超级电容的循环充电次数高达100万次(一般电池为2000至3000次)。超级电容比电池工作更加稳定,且不含重金属,工作的温度范围一般在-40℃至65℃。

1.2 工作原理
超级电容由电解液、电极和分离器(隔膜)组成。详细见下:

 

下面我们分充电过程和放电过程进行分析
 
充电过程

充电过程是在超级电容两侧施加一个电源,那么在电极就近位置会吸引相反电荷(电源正极会吸引电子,电源负极会吸引空穴),这就是充电的过程。在两个极板的外表面相当于两个电容串联,详细见下:
 
 

放电过程

放电过程是在超级电容两侧外接负载,充电过程吸引的电子和空穴重新变为游离状态,在两个极板会产生电子的定向移动,具体见下:

 

1.3 超级电容特点

低ESR,输出电压高,静电容量高 (DMF系列例:45mΩ、5 5V、470mF)

 

优化了的充放电循环寿命  。  

适用于高可靠性。

安规电容

安规电容最大的特点就是:安全(即电容器失效后,不会导致电击也不危及人身安全。)。普通电容出现故障时,通常会造成电路短路,但是安规电容不同,当安规电容出现故障时,呈现出开路状态

 

X电容

X电容是跨接在零线(N)与火线(L)之间,用于滤除电路中干扰信号,能有效抑制电路中差模信号

 

Y电容

Y电容是跨接在零线(N)与地线、火线(L)与地线,所以通常是成对出现。用于滤除电路中干扰信号,能有效抑制电路中共模信号。Y电容多是用于隔离场所,Y1产品电气间隙最小为8.0mm,Y2产品电气间隙不低于6.3mm,作为隔离产品,安全距离要做够,避免产生电弧现象。

 

X电容与Y电容的耐压选择

X型安规电容根据耐压分为 X1、X2、X3三种,安规电容安全等级中允许的峰值脉冲电压过电压等级:2.5kV<X1≤4.0kV、X2≤2.5kV、X3≤1.2kV
安规电容等级 峰峰脉冲电压 过电压等级(IEC664)
X1 >2.5kV,≤4.0kV
X2 ≤2.5kV
X3 ≤1.2kV
Y型安规电容安全等级:Y1≥250V,允许峰值脉冲电压>8KV;150V≤Y2≤300V,允许峰值脉冲电压>5KV,Y4<150V,允许峰值脉冲电压>2.5KV
安规电容安全等级 绝缘类型 额定电压范围 峰峰脉冲电压
Y1 双重绝缘或加强绝缘 ≥250V >8kV
Y2 基本绝缘或附加绝缘 ≥150V,≤250V >5kV
Y3 基本绝缘或附加绝缘 ≥150V,≤250V Y3耐压高
Y4 基本绝缘或附加绝缘 <150V >2.5kV
电容选择仿真
这里介绍使用本公司在网上公开的“产业、车载用LC滤波器模拟器”来选定LC滤波器零部件的事例,其目的在于避免射频噪声从车载ECU流出。

· 目标频率 :1MHz, 80MHz

· 目标衰减量 :-60dB

· 输入/输出阻抗 :50Ω

1.选择电路

从L型、π型、T型中选择。
今本次选择π型,并将输入/输出阻抗设定为50Ω。

 

2.选择零部件

从已被登录的零部件中选择任意的电容器型号和电感型号。

本次在①100μF的电容器和10μH的电感、②10μF的电容器和1μH的电感这2个条件下进行了模拟。

 

3.模拟结果

模拟结果,满足目标值的为选定②的组合。实际上进行电路和零部件的各种组合的模拟,选定最佳的零部件。

 

本次模拟中得出的结果是,C值和L值小的组合,比C值和L值大的组合更满足目标值。这取决于在高频域电容器的ESL和电感的Cp有较大的影响。

在低频域(大致在0.1MHz以下),ESL和Cp的影响小,衰减量大致上只由C值和L值来决定,因而C值和L值大的①的衰减量增大。但是,在像FM频带(80MHz)那样的高频域,ESL和Cp的值大的①的衰减量减小,因而衰减量发生了逆转。

(如果是相同规格的零部件,C值大的ESL也会增大,此外,L值大的Cp也会增大)

如上所述,在进行LC滤波器的设计时,如果不考虑电容器的ESL和电感的Cp选定零部件,就会得到与预测不同的结果,对此要予以注意。

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1 基础篇-电阻基础知识
2 基础篇-电容基础知识(1)
 
 
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