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陶瓷电容器的性能和使用电路介绍

陶瓷电容器的性能和使用电路介绍
近来,对电子设备除了早前的小且薄,节能,低噪等要求外,更有望以防止全球气候变暖为视点达到生态所需。在这样的市场需求下,从2009年开始普及的LED球泡灯在达到了小且薄的同时还因使用寿命长而实现了高生态性,对于其搭载的电子元器件同样也被要求小型薄型化,使用寿命长。 LED球泡灯因配备了功率为10W左右的小功率电源,主要是使用电解电容和薄膜电容器达到了平滑功能,但使用小型且更长寿命的陶瓷电容器的事例也在增加。
我公司开发出了在实际使用时,比传统的陶瓷材料能获得更高静电容量的陶瓷电容器,本文将对其特性进行介绍,并介绍以LED球泡灯为主的其他电子设备的电源推荐使用电路。
新材料陶瓷电容器的性能新材料陶瓷的特性与传统材料相比,居里点转移至低温侧,使其在常温下(25℃)呈现出顺电相。因此,新材料产品和传统的产品相比,能达到以下性能。
施加直流电压时的电容值减少率小,确保了高有效电容值(施加直流电压时的容量)。能确保在施加DC600V时,电容值为传统材料的2倍。


图1:静电容量-直流电压特性


损耗小,允许纹波电流大。频率f=250kHz时,允许纹波电流约为1.6倍。
我公司允许纹波电流值的标准是环境温度在25度以下,可通电直至电容器自热温度达到20度。若静电容量为1μF的产品,频率f=250kHz时,相对传统材料产品的2.9Arms的耐电流量,新材料则为4.7Arms。

图2:发热温度比较


当施加直流电压时机械应变量相对较小,吱吱声(声压级)也很小。与传统材料相比,新材料的声压级只有五分之一。
新材料陶瓷的压电效应很小。因此电信号变化引起的机械振动不易发生。

图3:变形量比较


※声压级减少6dB,意味着声压变成1/2.
※新材料电容器的声压级比传统材料低15dB,声压则为1/5.
图表:声压级比较(据我公司测定)
产品一览和使用电路的介绍
表1:产品(静电容量)一览

2010年10月完成了如图1所示新材料的商品化。另外,关于能够获得的最大静电容量,引线型或金属端子型,由于两个电容叠加式产品的商品化,能够实现额定电压DC250V的产品为2μF (=1μF&TImes;2) 、DC450V的产品为1.1μF (=0.56μF&TImes;2) 、DC630V的产品为0.54μF (=0.27μF&TImes;2)。 此外,新材料陶瓷电容器的温度特性是X7T(传统材料为X7R)。
LED球泡灯的一般电源电路图如图1所示。

图1:电源电路图


新材料商品的性能如前页所示,概要如下:
1. 确保了比传统产品更高的有效电容值。
2. 允许功率大,纹波电流耐量大。
像LED球泡灯这样的小功率电源除了噪声对策还可能作为平滑功能使用,于是形成了如图1的C4和C5这样的最合适的设计。
具体的电容值的选定,面向日本市场的产品:输入电压为AC100V时,整流电路的上下电位差是140Vo-p (=100&TImes;√2),所以额定电压为DC250V的产品可选择的最大电容值为2μF。同样的,面向全球市场的产品:输入电压为AC240V时,上下电位差为340Vo-p (=240×√2),额定电压为DC450V的产品可选择的最大电容值为1.1μF,额定电压为DC630V的产品可选择的最大电容值为0.54μF。
另外,LED球泡灯之外,为了改善LED照明设备的谐波和功率因数,整流电路后加上PFC(功率因数改善)电路的情况也是有的。因为新材料产品和传统的产品品相比,损失较小,因此可作为高频纹波电流耐量也十分出色的PFC输入电容器来使用。
此外,其他的C1.C2等等可使用的电容如表2所示。
表2:其他电路的电容

结语新材料的电容器是以低损耗、高容量为目标,进行了材料的开发及商品化。其在电路上的用途除了噪音对策以外,研发出了最适合用于平滑用途的产品。今后我们除了**必要的技术数据外(允许纹波电流数据等),更会**更多方便大家使用的信息。

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教你怎样通关连接器的电磁干扰
电路上振荡速率变得快(上升/下降时间),电压/电流幅度也就变得更大,问题随之就会变得更多。因此,如今同以前相比,解决电磁兼容性(EMC)就更艰难了。当今,电子系统的时钟频率为几百兆赫,所用脉冲的前后沿在亚纳秒范围,高质量视频电路也用以亚纳秒级的象素速率。这些较高的处理速度表示了工程上受到不断的挑战。那么如何预防和解决连接器电磁干扰的问题?小编利用本文就来说叨说叨。
在电路的两个波节之前,快速变化的脉冲电流,表示了所谓差模噪声源,电路周围的电磁场可以耦合到其它元件上和侵入连接部分。经感性或容性耦合的噪声是共模 干扰。射频干扰电流是彼此相同的,系统可以建模为:由噪声源、“受害电路”或“接受者”和回路(通常是底板)组成。用几个因素来描述干扰的大小:噪声源的 强度、干扰电流环绕面积的大小、变化速率。
于是,尽管在电路中有很可能产生不希望的干扰,噪声几乎总是共模型的。一旦在输入/输出(I/O)连接器和机壳或地平面之间接入电缆,有某些RF电压出现时,导致几毫安的RF电流就能足以超过允许的发射电平。
噪声的耦合和传播
共模噪声是由于不合理的设计产生的。有些典型的原因是不同线对中个别导线的长度不同,或到电源平面或机壳的距离不同。另一个原因是元件的缺陷,如磁感应线圈与变压器,电容器与有源器件(例如应用特殊的集成电路(ASIC))。
磁性元件,特别是所谓“铁芯扼流圈”型贮能电感器,是用在电源变换器之中的,总是产生电磁场。磁路中的气隙相当于串联电路中的一个大电阻,那儿要消耗较多 的电能。于是,铁芯扼流圈,绕制在铁氧体棒上,在棒周围产生强的电磁场,在电极附近有最强的场强。在使用回描结构的开关电源中,变压器上必定有一个空隙, 其间有很强的磁场。在其中保持磁场最合适的元件是螺旋管,使电磁场沿管芯长度方向分布。这就是在高频工作的磁性元件优选螺旋结构的原因之一。
不恰当的去耦电路通常也变成干扰源。如果电路要求大的脉冲电流,以及局部去耦时不能保证小电容或十分高的内阻需要,则由电源回路产生的电压就下降。这相当于纹波,或者相当于终端间的电压快速变化。由于封装的杂散电容,干扰能耦合到其它电路中去,引起共模问题。
当共模电流污染I/O接口电路时,该问题必须解决在通过连接器之前。不同的应用,建议用不同的方法来解决这个问题。在视频电路中,那儿I/O信号是单端 的,且公用同一共同回路,要解决它,用小型LC滤波器滤掉噪声。在低频串联接口网络中,有些杂散电容就足够将噪声分流到底板上。差分驱动的接口,如以太, 通常是通过变压器耦合到I/O区域,是在变压器一侧或两侧的中心抽头**耦合的。这些中心抽头经高压电容器与底板相连,将共模噪声分流到底板上,以使信号不发生失真。
没有一个通用办法来解决所有类型的I/O接口的问题。设计师们的主要目标是将电路设计好,而常常忽略了一些视为简单的细节。一些基本法则能使噪声在到达连接器以前,降至最小:
(1)将去耦电容设置在紧挨负载处;
(2)快速变化的前后沿的脉冲电流,其环路尺寸应最小;
(3)使大电流器件(即驱动器和ASIC)远离I/O端口;
(4)测定信号的完整性,以保证过冲和下冲最小,特别是对于大电流的关键性信号(如时钟,总线);
(5)使用局部滤波,如RF铁氧体,可吸收RF干扰;
(6)**低阻抗搭接到底板上或在I/O区域的基准在底板上。 射频噪声和连接器。
即使工程师采取许多上述所列的预防措施,来减小在I/O区内的RF噪声,还不能保证这些预防措施能否成功地足够满足发射要求。有些噪声是传导干扰,即在内 部电路板上按共模电流流动。这个干扰源是在底板和电路等之间。于是,这个RF电流一定通过最低阻抗(在底板和载信号线之间)的通路流动。如果连接器没呈现 足够低的阻抗(与底板的搭接处),这RF电流经杂散电容流动。当这RF电流流过电缆时,不可避免地产生发射。
使共模电流注入到I/O区的另一机理,是附近有强的干扰源的耦合。甚至有些“屏蔽”连接器也无用,因为干扰源就在连接器附近,如PC机环境。如果在连接器和底板之间有一个缺口,此处所感应的RF电压可以使EMC性能下降。
屏蔽连接器方法有,加指形簧片或垫片。连接器的搭接,是在连接器和机壳之间填满空处。这个方法要求有一个衬垫。金属衬垫较好,只要处理合适,也就是说,只要表面不被污染,只要手不触及或损坏衬垫以及只要有足够的压力,以保持好的、低阻抗的接触。
别的方法是连接器装接头片或者把连接器安装在机壳上。此时,最大接触面稍微小些,且应严格控制接头片的尺寸和弹性。安装屏蔽连接器时,在机壳上开口,开口 的一侧要去掉油污,要仔细制作,若公差不合适,导致连接器在机壳内陷入太深,使搭接中断。每位EMC工程师知道,在“极好”的系统当中,这个问题一定要满 足发射要求,并在生产线及时检查。未紧固的或弯曲的衬垫,安装于关键区域的油污上,将失效。
由于下述原因选用了EMI连接器:
(1)导电发泡塑料是极其柔软的,且能放在连接器的整个周围。这就消除了与另一机壳、衬垫有关的问题;
(2)机械工程师可以在系统机壳可接收的公差范围内安装连接器;
(3)连接器与机壳实现低阻抗搭接,以保证良好接触。机壳壁内侧上的衬垫,当要涂漆有遮蔽要求时,可以用更柔软的材料;
(4)要求强迫冷却的设计,衬垫最好有另一特点:连接器和机壳壁之间的缝应密封起来,以减少气漏。在有尘埃的环境中,衬垫要起到系统内保持干净。

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