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谈谈电源滤波用电解电容         ★★★ 【字体:
谈谈电源滤波用电解电容
作者:imefan    文章来源:网络    点击数:    更新时间:2008-7-21    

  电容器(capacitor)在音响组件中被广泛运用,滤波、反交连、高频补偿、直流回授…随处可见。但若依功能及制造材料、制造方法细分,那可不是一朝一夕能说得明白。所以缩小范围,本文只谈电解电容,而且只谈电源平滑滤波用的铝质电解电容。 

  每台音响机器都要吃电源─除了被动式前级,既然需要供电,那就少不了「滤波」这个动作。不要和我争,采用电池供电当然无必要电源平滑滤波。但电池充电电路也有整流及滤波,故滤波电容器还是会存在。 

  我们现在习用的滤波电容,正式的名称应是:铝箔乾式电解电容器。就我的观察,除加拿大Sonic Frontiers真空管前级,曾在高压稳压线路中选用PP塑料电容做滤波外,其它机种一概都是采用铝箔乾式电解电容;因此网友有必要对它多做了解。 

  面对电源稳压线路中担任电源平滑滤波的电容器,你首先想到的会是什麽?─容量?耐压?电容器的封装外皮上一定有容量标示,那是指静电容量;也一定有耐压标示,那是指工作电压或额定电压。

  工作电压(working voltage)简称WV,为绝对安全值;若是surge voltage(简称SV或Vs),就是涌浪电压或崩溃电压;,超过这个电压值就保证此电容会被浪淹死─小心电容会爆!根据国际IEC 384-4规定,低於315V时,Vs=1.15×Vr,高於315V时,Vs=1.1×Vr。Vs是涌浪电压,Vr是额定电压(rated voltage)。 

  电容器的电荷能量是以Q=CV来表示,Q是库伦,C是静电容量,V是电压;故当电压值不变时,加大静电容量就能增高电荷能量。请注意,电容器的容量单位应是F(farad),可是因计量太高造成数值偏低,故多改用μF,1F=一百万μF。国外也有用mF表示μF,其实mF不十分贴切,但机械式打字机上没有μ键,故用m代表micro。 

  有了静电容量及工作耐压两个参数,若你正在选购电容,接下来你会考虑什麽?直觉上是价钱。嗯,这个参数很重要,而且数值愈低愈佳。也有人先想到品牌,并坚持日本货打死不用─还存著八年抗战情结?美国货也仅能排第二,瑞典或德国制造的才能排第一。嗯,这个参数也很重要。但既然谈到品牌,那就不能忽略系列型号;因为一个制造厂会生产许多不同系列的产品,系列不同,品质及价格就会不同。OK,我们先整理一下,有关电源平滑滤波电容器的参数已知有:静电容量、额定工作电压、涌浪崩溃电压、价格、品牌、型号系列。 

  不应该只有小猫两三只,外型尺寸也应该很重要,因为与它相关的有重量及接脚型态,snap-in是插焊PC板式,screw是锁螺丝式。至於重量,同容量同耐压,但品牌不同的两个电容做比较,重量一定不同;而外型尺寸更与机箱规划有关。有些电容不是全圆型,有点像是多角型,Philips、BHC都有这种看起来似乎很高级的系列。现在我们再整理一下,加上重量、外型尺寸、接脚型态─已有九个参数。 

  外皮颜色?这是谁提出来的?很妙。因白色、黑色、蓝色塑胶封装都有厂商在用,它有时也具有某些意义,例如日规黑底金字常代表高级for audio音响级电容。仅凭外观还能想到哪些?制造日期,9627就是1996年第27周出厂;近年来日制电容似乎逐渐有意省略制造日期的标示。但外皮颜色及文字印刷不直接与品质有关,故仅加上制造日期参数。还有,别忘了适用工作温度,因为 105度C比85度C更适用於真空管机。若机器要摆在南极,最好选耐负55度C的品种。 

  容量误差也别遗漏,当采多颗并联,为求得单只特性均匀,误差当然是愈低愈佳。现在再加上工作温度及容量误差,咱们手上已有12个参数,对电容器应有三成以上了解。 

  请别会错意,电容的工作温度不是指环境或表面温度─不管几度,封装塑胶外皮都是一样,它是指铝箔工作温度,所以装管机选用85度C品种也绝对OK,只要将电容器远离管仔就一定安全。 

  可是真正有关电容器品质的几个重要参数,却都只存在原厂规格书中,完全不会显露在成品封装外皮上,而这些重要参数才是本文谈论的重点。 

散逸因数─损失角 

  散逸因数dissipation factor(DF)存在於所有电容器中,有时DF值会以损失角tanδ表示。想想,损失角,既有损失,当然愈低愈好。塑料电容的损失角很低,但铝电解电容就相当高。DF值是高还是低,就同一品牌、同一系列的电容器来说,与温度、容量、电压、频率……都有关系;当容量相同时,耐压愈高的DF值就愈低。举实例做说明,同厂牌同系列的10000μF电容,耐压80V的DF值一定比耐压63V的低。所本刊选用滤波电容常会找较高耐压者,不是没有道理。此外温度愈高DF值愈高,频率愈高DF值也会愈高。 

  但许多电容器制造厂,在规格书上常不注明散逸因数DF值,因为数值甚高很难看。以瑞典RIFA为例,其蓝色PHE-420系列是MKP塑料电容,它的DF值最低是0.00005/最高是0.0008。但白色顶级PEH169系列铝质电解电容,就未标示损失角规格。若真注明DF值,可能会是1.0000,小数点是在1的後面。 

漏…漏电流 

  哇!漏电!最好没有。可是没办法,铝电解电容在工作时一定会产生漏电流。 

  漏电流(leakage current)当然要低,它的计算公式大致是:I=K×CV。漏电流I的单位是μA,K是常数,例如是0.01或0.03,每家制造厂会选择不同的常数。但不论如何,电容器容量愈高,漏电流就愈大。如果你有容量愈大平滑效果愈好的想法,这个「漏电流」也请考虑在内。从计算式可得知额定电压愈高,漏电流也愈大,因此降低工作电压亦可降低漏电流。 

  但降低电容器的漏电流并不容易,低漏电流low leakage current-LL系列价格高昂,我曾向国内厂商订制一批低漏电流LL系列电容,价格比许多进口电容还贵。漏电流规格,铝电解电容就比钽电解电容差许多,钽质电容也有乾式及湿式两种,不过它的容量及耐压都较低。 

  除特别定制外,面对一般品,想要降低它的漏电流可设法提高Vs对Vr的比值。Vs是涌浪电压,其值当然比Vr额定电压高,但施加电压(真正的工作电压)还应该比Vr低,例如取Vr的90%;找高耐压品种可说是完全正确。 

等效串联电阻ESR 

  一只电容器会因其构造而产生各种阻抗、感抗,比较重要的就是ESR等效串联电阻及ESL等效串联电感─这就是容抗的基础。电容器提供电容量,要电阻干嘛?故ESR及ESL也要求低…低;但low ESR/low ESL通常都是高级系列。 

  ESR的高低,与电容器的容量、电压、频率及温度…都有关,当额定电压固定时,容量愈大 ESR愈低。有人习用将多颗小电容并接成一颗大电容以降低阻抗,其理论是电阻并联阻值降低。但若考虑电容接脚焊点的阻抗,以小并大,不见得一定会有收获。 

  反过来说,当容量固定时,选用高WV额定电压的品种也能降低 ESR;故耐压高确实好处多多。频率的影响:低频时ESR高,高频时ESR低;当然,高温也会造成ESR的提升。 

  串联等效电阻ESR的单位是mΩ,高级系列电容常是low ESR及low ESL。若比较低内阻及低漏电流两种特性,则低内阻容易达成,故标示low ESR的电容倒很常见。ESR与损失角有关联,ESR=tanδ/(ω×Cs),Cs是电容量。 

  有时电容器规格上会有Z,它与ESR的意义不同,但Z的计算示与ESR有关,同时也考虑到容抗及感抗,是真正的内阻。刚才提到电容的ESR单位是mΩ,那是指大电容,若是220μF小容量电容,其ESR单位就不是mΩ而是Ω。何种电容器的ESR最低?答案只有一个:Sanyo的OS有机半导体电容!
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