电源往往是咱们在电路规划进程中最简略疏忽的环节。作为一款优异的规划，电源规划应当是很重要的，它很大程度影响了整个体系的功用和本钱。 电源规划中的电容运用，往往又是电源规划中最简略被疏忽的当地。
一、电源规划中电容的作业原理
在电源规划运用中，电容首要用于滤波(filter)和退耦/旁路(decoupling/bypass)。滤波是将信号中特定波段频率滤除的操作，是按捺和避免搅扰的一项重要措施。依据调查某一随机进程的成果，对另一与之有关的随机进程进行估量的概率理论与办法。滤波一词起源于通讯理论，它是从含有搅扰的接纳信号中提取有用信号的一种技能。“接纳信号”相当于被观测的随机进程，“有用信号”相当于被估量的随机进程。
滤波首要指滤除外来噪声，而退耦/旁路(一种，以旁路的方式到达退耦效果，以后用“退耦”替代)是减小部分电路对外的噪声搅扰。许多人简略把两者搞混。下面咱们看一个电路结构：
图中电源为A和B供电。电流经C1后再通过一段PCB走线分隔两路别离供应A和B。当A在某一瞬间需求一个很大的电流时，假如没有C2和C3，那么会由于线路电感的原因A端的电压会变低，而B端电压相同受A端电压影响而下降，所以部分电路A的电流改变引起了部分电路B的电源电压，从而对B电路的信号产生影响。相同，B的电流改变也会对A构成搅扰。这便是“共路耦合搅扰”。
添加了C2后，部分电路再需求一个瞬间的大电流的时分，电容C2可以为A暂时供应电流，即便共路部分电感存在，A端电压不会下降太多。对B的影响也会减小许多。所以通过电流旁路起到了退耦的效果。
一般滤波首要运用大容量电容，对速度要求不是很快，但对电容值要求较大。假如图中的部分电路A是指一个芯片的话，并且电容尽或许接近芯片的电源引脚。而假如“部分电路A”是指一个功用模块的话，能够运用瓷片电容，假如容量不行也能够运用钽电容或铝电解电容(条件是功用模块中各芯片都有了退耦电容— 瓷片电容)。
滤波电容的容量往往都能够从电源芯片的数据手册里找到计算公式。假如滤波电路一起运用电解电容、钽电容和瓷片电容的话，把电解电容放的离开关电源最近，这样能维护钽电容。瓷片电容放在钽电容后边。这样能够取得最好的滤波效果。
退耦电容需求满意两个要求，一个是容量需求，另一个是ESR需求。也便是说一个0.1uF的电容退耦效果或许不如两个0.01uF电容效果好。并且，0.01uF电容在较高频段有更低的阻抗，在这些频段内假如一个0.01uF电容能到达容量需求，那么它将比0.1uF电容具有更好的退耦效果。 许多管脚较多的高速芯片规划辅导手册会给出电源规划对退耦电容的要求，比方一款500多脚的BGA封装要求3.3V电源至少有30个瓷片电容，还要有几个大电容，总容量要200uF以上…
二、各类电源中电容器的正确选用
电容器作为根本元件在电子线路中起侧重要效果，在传统的运用中，电容器首要用作旁路耦合、电源滤波、隔直以及小信号中的振动、延时等。跟着电子线路，特别是电力电子电路的开展对不同运用场合的电容器提出了不同的特别要求。
电容器的结构上说起。最简略的电容器是由两头的极板和中心的绝缘电介质(包含空气)[1]构成的。通电后，极板带电，构成电压(电势差)，可是由于中心的绝缘物质，所以整个电容器是不导电的。不过，这样的状况是在没有超越电容器的临界电压(击穿电压)的条件条件下的。咱们知道，任何物质都是相对绝缘的，当物质两头的电压加大到必定程度后，物质是都能够导电的，咱们称这个电压叫击穿电压。
电容也不破例，电容被击穿后，就不是绝缘体了。不过在中学阶段，这样的电压在电路中是见不到的，所以都是在击穿电压以下作业的，能够被作为绝缘体看。可是，在沟通电路中，由于电流的方向是随时刻成必定的函数联系改变的。而电容器充放电的进程是有时刻的，这个时分，在极板间构成改变的电场，而这个电场也是随时刻改变的函数。
1.滤波电容器
沟通电(工频或高频)经整流后需用电容器滤波使输出电压滑润，要求电容器容量大，一般多选用铝电解电容器。铝电解电容器运用时首要问题是温度与寿数联系，根本遵从50℃规律。因此在许多要求高温文高牢靠性场合下，应选用长寿数(如5000h 以上，乃至105℃，5000h)电解电容器。一般体积小的电解电容器，其寿数相对较短。
用于DC/DC 开关稳压电源输入滤波电容器，因开关变换器是以脉冲方式向电源罗致电能，故滤波电容器中流过较大的高频电流，当电解电容器等效串联电阻(ESR)较大时，将产生较大损耗，导致电解电容器发热。而低ESR 电解电容器则可显着减小纹波(特别是高频纹波)电流产生的发热。
用于开关稳压电源输出整流的电解电容器，要求其阻抗频率特性在300kHz 乃至500kHz时仍不呈现上升趋势。而一般电解电容器在100kHz 后就开端呈现上升趋势，用于开关电源输出整流滤波效果相对较差。笔者在试验中发现，一般CDII 型中4700μF，16V 电解电容器，用于开关电源输出滤波的纹波与尖峰并不比CD03HF 型4700μF，16V 高频电解电容器的低，一起一般电解电容器温升相对较高。当负载为骤变状况时，用一般电解电容器的瞬态呼应远不如高频电解电容器。
由于铝电解电容器在高频段不能很好地发挥效果，应辅之以高频特性好的陶瓷或无感薄膜电容器，其首要长处是：高频特性好，ESR 低，如MMK5 型容量1μF 电容器，谐振频率达2MHz 以上，等效阻抗小于0.02Ω，远低于电解电容器，并且容量越小谐振频率越高(可达50MHz 以上)，这样将得到很好的电源的输出频率呼应或动态呼应。
开关电源怎样选用滤波电容
滤波电容在开关电源中起着非常重要的效果，怎么正确挑选滤波电容，尤其是输出滤波电容的挑选则是每个工程技能人员非常关心的问题。
50赫兹工频电路中运用的一般电解电容器，其脉动电压频率仅为100赫兹，充放电时刻是毫秒数量级。为取得更小的脉动系数，所需的电容量高达数十万微法，因此一般低频铝电解电容器的方针是以进步电容量为主，电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是辨别其好坏的首要参数。而开关电源中的输出滤波电解电容器，其锯齿波电压频率高达数万赫兹，乃至是数十兆赫兹。这时电容量并不是其首要方针，衡量高频铝电解电容好坏的标准是“阻抗- 频率”特性。要求在开关电源的作业频率内要有较低的等效阻抗，一起关于半导体器材作业时产生的高频尖峰信号具有杰出的滤波效果。
许多电子规划者都知道滤波电容在电源中起的效果，但在开关电源输出端用的滤波电容上，与工频电路中选用的滤波电容并不相同，其上的脉动电压频率仅有 100 赫兹，充放电时刻是毫秒数量级，为取得较小的脉动系数，需求的电容量高达数十万微法，因此一般低频用一般铝电解电容器制作，方针是以进步电容量为主，电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是辨别其好坏的首要参数。
在开关稳压电源中作为输出滤波用的电解电容器，其上锯齿波电压的频率高达数十千赫，乃至数十兆赫，它的要求和低频运用时不同，电容量并不是首要方针，衡量它好坏的则是它的阻抗一频率特性，要求它在开关稳压电源的作业频段内要有低的等的阻抗，一起，关于电源内部，由于半导体器材开端作业所产生高达数百千赫的尖峰噪声，亦能有杰出的滤波效果，一般低频用一般电解电容器在10 千赫左右，其阻抗便开端呈现理性，无法满意开关电源运用要求。
一般的低频电解电容器在万赫兹左右便开端呈现理性，无法满意开关电源的运用要求。而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子，正极铝片的两头别离引出作为电容器的正极，负极铝片的两头也别离引出作为负极。电流从四端电容的一个正端流入，通过电容内部，再从另一个正端流向负载;从负载回来的电流也从电容的一个负端流入，再从另一个负端流向电源负端。
开关稳压电源专用的高频铝电解电容器，它有四端个子，正极铝片的两头别离引出作为电容器的正极，负极铝片的两头也别离引出作为负极。稳压电源的电流从四端电容的一个正端流入，通过电容内部，再从另一个正端流向负载;从负载回来的电流也从电容的一个负端流入，再从另一个负端流向电源负端。由于四端电容具有杰出的高频特性，它为减小输出电压的脉动重量以及按捺开关尖峰噪声供应了极为有利的手法。
开关稳压电源具有多功用归纳维护：稳压器除了最根本的安稳电压功用以外，还应具有过压维护(超越输出电压的+10%)、欠压维护(低于输出电压的 -10%)、缺相维护、短路过载维护最根本的维护功用。尖脉冲按捺(可选)：电网有时会呈现幅值很高，脉宽很窄的尖脉冲，它会击穿耐压较低的电子元件。稳压电源的抗浪涌组件能够对这样的尖脉冲起到很好的按捺效果。
高频铝电解电容器还有多芯的方式，它将铝箔分红较短的若干小段，用多引出片并联衔接以减小容抗中的电阻成份，一起，选用低电阻率的资料并用螺杆作为引出端子，以增强电容器接受大电流的才能。
叠片电容也称为无感电容，一般电解电容器的芯子都卷成圆柱形，等效串联电感较大;叠片电容的结构和书本相仿，因流过电流产生的磁通方向相反而被抵消，因此下降了电感的数值，具有更为优秀的高频特性，这种电容一般做成方形，便于固定，还能够恰当减小占机体积。
图 电容降压电源电路
2.吸收与换相电容器
跟着栅控半导体器材的额外功率越做越大，开关速度越来越快，额外电压越来越高，对缓冲电路的电容器只是要求满足的耐压、容量及优异的高频特性是不行的。
在大功率电力电子电路中，由于IGBT 的开关速度已小于1μs，要求吸收电路电容器上的电压改变速率dv/dt》 V/μs 已是很正常的，有的要求 V/μs 乃至 V/μs。
关于一般电容器，特别是一般金属化电容器的dv/dt《100V/μs，特别金属化电容器的dv/dt≤200V/μs，专用双金属化电容器小容量(小于10nF)的dv/dt≤1500V/μs，较大容量(小于0.1μF)的则为600V/μs，在这种巨大且重复率很高的峰值电流冲击下是很难接受的。损坏电力电子电路的现象。
现在吸收电路专用电容器，即金属箔电极可接受较大的峰值电流和有效值电流冲击，如：较小容量(10nF 以下)的可接受100000V/μs～455000V/μs 的电压改变率、3700A 峰值电流和达9A 有效值电流(如CDV30FH822J03);较大容量(大于10nF，小于0.47μF)或较大尺度的可接受大于3400V/μs 以及1000A 峰值电流的冲击。
由此可见，虽然同是无感电容、金属化和金属箔电容，运用在吸收电路中将有不同的体现，外形附近但标准不同在这里是肯定不能交换的。电容器的尺度将影响电容器的dv/dt 及峰值电流的耐量，一般来说，长度越大dv/dt 和峰值电流则相对较小。
吸收电路中电容器的作业特点是高峰值电流占空比小，有效值电流不非常高，与这种电路类似的还有晶闸管逆变器的换相电容器，虽然这种电容器要求的dv/dt 较吸收电容器小，但峰值电流与有效值电流均较大，选用一般电容器在电流方面不能满意要求。
在某些特别运用中要求储能电容器重复短促放电，并且放电回路电阻极低、寄生电感很小，在这种场合下只能将吸收电容并联运用以确保长期运用的牢靠性。
3.谐振电容器
谐振式变换器，如谐振式开关稳压电源及晶闸管中频电源谐振回路中的谐振电容器，作业时往往流过很大电流。又如电子镇流器的谐振电容标准挑选不其时，会呈现电容上电压虽没到达击穿电压但由于流过较大的谐振电流而损坏的现象。
在含有电容和电感的电路中，假如电容和电感并联，或许呈现在某个很小的时刻段内：电容的电压逐步升高，而电流却逐步削减;与此一起电感的电流却逐步添加，电感的电压却逐步下降。而在另一个很小的时刻段内：电容的电压逐步下降，而电流却逐步添加;与此一起电感的电流却逐步削减，电感的电压却逐步升高。电压的添加能够到达一个正的最大值，电压的下降也可到达一个负的最大值，相同电流的方向在这个进程中也会产生正负方向的改变，此刻咱们称为电路产生电的振动。
电路振动现象或许逐步消失，也或许继续不变地保持着。当震动继续保持时，咱们称之为等幅振动，也称为谐振。
谐振时刻电容或电感两锻电压改变一个周期的时刻称为谐振周期，谐振周期的倒数称为谐振频率。所谓谐振频率便是这样界说的。
综上所述，在现代电源技能中，不同运用场合需求不同功用的电容器，不能混用、乱用、错用，以尽或许消除不该呈现的损坏，并确保产品功用。
延伸阅览：现代电源技能中电容器的正确选用
三、电容降压式电源规划实例
将沟通市电转为低压直流的惯例办法是选用变压器降压后再整流滤波，当受体积和本钱等要素约束时，最简略有用的办法便是选用电容降压式电源。
1.电容降压式电源电路原理
电容降压式简易电源的根本电路如图1，C1为降压电容器，D2为半波整流二极管，D1在市电的负半周时给C1供应放电回路，D3是稳压二极管，R1 为关断 电源后C1的电荷泄放电阻。在实践运用时常常选用的是图2的所示的电路。当需求向负载供应较大的电流时，可选用图3所示的桥式整流电路。整流后未经稳压的 直流电压一般会高于30伏，并且会随负载电流的改变产生很大的动摇，这是由于此类电源内阻很大的原因所形成的，故不适合大电流供电的运用场合。
2.阻容降压电路的器材挑选准则
(1)电路规划时，应先测定负载电流的精确值，然后参阅示例来挑选降压电容器的容量。剩余的电流就会流过稳压管，若稳压管的最 大答应电流Idmax小于Ic-Io时易形成稳压管焚毁。
(2)为确保C1牢靠作业，其耐压挑选应大于两倍的电源电压。
(3)泄放电阻R1的挑选有必要确保在要求的时刻内泄放掉C1上的电荷。
3.规划举例
图2中，已知C1为0.33μF，沟通输入为220V/50Hz，求电路能供应负载的最大电流。
C1在电路中的容抗Xc为：Xc=1 /(2 πf C)= 1/(2*3.14*50*0.33*10-6)= 9.65K
流过电容器C1的充电电流(Ic)为：Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA。
一般降压%&&&&&%C1的容量C与负载电流Io的联系可近似以为：C=14.5 I，其间C的容量单位是μF，Io的单位是A。
