技术文章—PC电源里都有哪些电容吗?( 二 )


耐温则是指电容可以承受的温度上限 , 一般来说电容耐温的耐温越高 , 电容的寿命也会越长 。 而电容的寿命则与电容的温度有密切关系 , 工作时电容温度越接近于耐温值 , 其寿命缩减的速度就会越快 , 因此在同等耐压、同等容量和同等工作环境的情况下 , 耐温值更高的电容理论上会拥有更长的工作寿命 。 目前主电容常见的耐温值有85℃和105℃两种 , 后者当然是更好的选择 , 但成本也会更高 , 而且由于PC电源大都有风扇进行散热 , 主电容的温度其实很难达到耐温值的上限 , 因此85℃耐温的电容与105℃耐温的电容在常规的使用环境中来说其实并没有明显的差异 , 在相同的成本预算下 , 厂商会更倾向于容量更大的电容 。
与耐压和耐温值相比 , 主电容的容量对于电源性能的影响是比较明显的 。 目前主流电源所用的主动式PFC电路输出的高压脉冲电流 , 因此电压波形并不是连续的 。 如果没有主电容与PFC电感组成的LC储能滤波电路 , 那么在两个脉冲之间的低电压阶段 , 就必然会导致后续电路无法稳定工作 。 但是如果主电容的容量不够 , 那么在高负载的情况下 , 电路中的电压仍然会出现很大的波动 , 也容易产生较高的低频纹波 , 会对后续电路的正常工作产生明显影响 。
大容量的电容体积也会更大 , 因此高端电源会用两个电容并联的方式获得更高的等效容量
此外PC电源的保持时间也是一个很重要的评估参数 , 保持时间是指电源在切断外部市电输入后仍然能够维持正常输出的时间 , 按照英特尔的ATX12V 2.52规范的要求是满载输出的情况下 , 各路输出以及PG的保持时间不小于16ms 。 在切断外部输入之后 , 主电容中残留的电力就成为了后续电路的唯一能量来源 , 因此想要保证电源的保持时间能够达标 , 电容的容量也是很关键的 , 这就是为什么说主电容对电源性能有较大影响的主要原因 。
那么主电容应该配置多大容量的呢?不同的电源拓扑结构对主电容的要求其实是不一样的 , 例如双管正激对容量的要求会高一些 , 而LLC谐振则会小一些 , 因此我们不能一概而论 , 但总体来说还是容量大会更有优势的 , 但盲目增大主电容的容量也是不正确的 , 因为容量越大的电容的充电时间也会越长 , 很容易会引发电源电压上升时间过长的问题 。 所以主电容的容量一般是需要根据电源的拓扑结构、额定功率和市场定位等多方面的因素来进行确定 , 目前业内有一个评判标准 , 那就是主电容的容量与额定功率之间的关系应该是“不低于每瓦0.5μF” , 也就是说一个额定功率为1000W的电源 , 其主电容的容量应该要不低于500μF , 这样才能保证主电容在电源中可以起到很好的储能和滤波的作用 。
输出滤波电容:降低输出纹波的主要功臣
除了PFC电容外 , PC电源里还有一种电容是比较重要的 , 那就是电源的输出滤波电容 。 顾名思义 , 输出滤波电容是放置在输出端的电容 , 主要起到滤波的作用 , 除了滤除输出直流电中的交流成分外 , 还可以起到降低输出纹波的作用 。
中高端电源的+12V输出已经普遍采用固态电容进行储能和滤波
与主电容的作用类似 , 输出滤波电容主要承担二次侧脉冲电流的输出储能和滤波作用 , 只是承受的电压相比主电容是要低很多 , 是+12V/+5V/+3.3V这样的输出电压 , 但电流强度会更大 , 而且频率会更高一些 。 因此输出滤波电容一般是耐压值比较低但容量比较大的产品 , 例如16V耐压3300μF容量的电解电容就是一种很典型的输出储能滤波电容 。 此外由于二次侧的脉冲电流频率更高 , 在目前的中高端电源产品中已经普遍用上了固态电容为最重要的+12V输出进行储能和滤波 , 一来可以为其它硬件提供稳定的+12V电压 , 而来固态电容在高频下的滤波效果也会更好一些 。
模组接口的PCB上也会有电容进行滤波
此外在模组接口电源中 , 为了减少端口的输出纹波和电压波动 , 模组接口PCB上也常见各种电容 , 包括固态电容和电解电容 , 这些电容主要是起滤波的作用 , 但也会具备储能的效果 。 因此尽管电源的输出滤波电容的主要作用是降低输出纹波 , 但是在电源的保持时间方面也会有一定的贡献 , 因此从原则上来说 , 输出滤波电容也应该是数量越多、等效容量越大 , 滤波和储能的效果也会越加显 。
【技术文章—PC电源里都有哪些电容吗?】但正如主电容的容量不能盲目增大一样 , 输出滤波电容的总容量也是不能盲目增大的 , 因为这样会导致电源输出电压的上升时间过长 , 很容易引起开机失败、关机后自动重启这样的小毛病 。 而且英特尔在ATX12V 2.52电源设计指南中也明确要求 , 每路输出的滤波电容总容量应该控制在3300μF左右 , 而之前的要求是控制在10000μF左右 , 显然是希望厂商是通过调整前端电路的方式来获得更好的电源性能 , 而不是通过加大输出滤波电容的方式来换取 。