技术文章—PC电源里都有哪些电容吗?

什么是PC电源?它有什么电容?在两个非常靠近导体中间夹一层不导电的绝缘介质 , 这就是电容的基本结构 。 当电容的两个导体之间赋予电压后 , 电容就会储存电荷 , 这就是“电容”这个名字的来历 。 此外电容其不仅能够存储电荷 , 同时也能释放电荷 , 而且还有“隔断直流电、导通交流电”的特性 , 因此利用这些特性 , 电容能诞生出了很多种不同的用法 , 例如储能、滤波、耦合、去耦等等 , 如果要详细说的话 , 那基本上就是一本教科书的量 , 所以电容对于绝大多数的电器产品来说都是不可或缺的存在 。
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在PC电源中电容自然也是必须的元件 , 在玩家群中甚至有这么一种说法 , 要看一个PC电源行不行 , 首先就得看它的电容够不够大 。 我们姑且不说这种说法有没有道理 , 但从这种说法能够广泛流传的情况来看 , 电容对于PC电源的重要性是不言而喻的 。 为此今天我们就来简单梳理一下PC电源里面的电容 , 看看它们到底起到了一些什么样的作用 。
PC电源里有些什么电容?
如果单从种类上来说 , PC电源里的电容种类有很多 , 其中体积比较大的有金属薄膜电容、铝电解电容和固态电容 , 体积小一点的则有陶瓷电容以及MLCC贴片电容 。 不过即便是同一种电容 , 放在不同的位置所起到的作用也是不一样的 , 不同的电路对于电容的要求也各不相同 , 例如PFC电容所需要的电容是耐压值高的 , 输出滤波的电容则需要容量更大的 , 金属薄膜电容则常用于EMI电路 , 因此用在不同地方的电容 , 也可以根据使用环境而定义为不同的电容 , 例如安规电容、储能电容和滤波电容等等 。
另外在LLC谐振拓扑中 , 我们也能看到有电容器件的存在 , 不过这种电容并不能单独拿出来讨论 , 因为它是LLC谐振电路的一个组成部分 。 我们这次主要讨论的是能在电路中单独起作用的电容 , 主要是安规电容、PFC主电容和输出滤波电容三类 。
电源中有大量的电容存在
安规电容:为安全而配置
很多玩家都把注意力放在PFC电路的主电容上 , 毕竟主电容体积很大 , 容易吸引注意力 , 而且对电源的性能也有着相对明显的影响 。 但实际上市电进入电源后 , 首先要进入的其实并不是主电容 , 而是要经过安规电容后才会进入到PFC电路 的 。
上图中黄色电容为X电容 , 成对的蓝色电容则是Y电容
安规电容一般布置电源的输入端 , 对电源的性能影响其实很小 , 更多地是为了满足电源的安规需求而配置的 。 其与普通电容最大的区别在于 , 普通电容在充电后 , 电荷可以保留很久 , 即便是断电并放置一段时间后 , 用手触摸电容的引脚也仍然会有触电的感觉;而安规电容则不存在这样的问题 , 它们在断电后会迅速放电 , 即便用手触摸也不会有触电感 , 安全性很高 。正因为两者存在这样的差别 , 所以安规电容与普通电容是不能相互代替使用的 。
PC电源中的安规电容有X电容和Y电容两种 , 基本上都用在了EMI抑制电路上 , 其中X电容是跨接在电力线两线之间的电容 , 一般选用uF级的金属薄膜电容 , 用于抑制差模干扰;Y电容是跨接在电力线两线和地线之间的电容 , 一般选用nF级电容 , 基本上是成对出现 , 用于抑制共模干扰 。 由于它们对电源性能影响极小 , 即便不做配置 , 短时间里也不会出现问题 , 因此劣质电源大都会省略安规电 , 但这种做法会让电源的EMI抑制能力大幅度削弱 , 存在损坏其它硬件的风险 , 除了成本更低并无其它好处 。
PFC主电容:承担PFC的高压电流
如果说安规电容对电源的性能影响很小 , 那么接下来要说的电容就与电源性能息息相关了 。 首先我们来看看PFC电容 , 也就是我们常说的主电容 , 基本上也是电源里体积最大的电容 。 主电容的作用是储能和滤波 , 其身上三个参数重要参数 , 分别是耐压、耐温和容量 。 其中耐压值指的是电容可以承受的电压上限 , 主电容是整个电源中承受电压最高的电容 , 因为其需要面对PFC电路输出的高压电流 。 目前主流的PC电源基本上都已经用上了主动式PFC电路 , 这实际上是一套升压整流电路 , 可以将输入交流市电转变为电压更高的脉冲直流电 , 其最高电压往往超过300V甚至达到380V的水平 , 因此PFC电容必须拥有较高的耐压值 , 一般来说都需要用到耐压400V的产品 , 高端电源则会用上420V甚至是450V耐压的主电容 , 有更高的冗余量和安全度 。