你一定在大街上、学校里、广场上看到过一个小房子，上面写着“高压，请勿靠近”之类的字样。特别是在小区的配电系统中，我们使用智能电容。这种电容器至今仍在交通隧道中使用。这种电容器还具有断电保护和短路保护功能。性能特点是什么，价格是多少，继续往下看。

智能电容的特点：

1、模块化结构

智能电容器采用模块化结构智能电容器，体积小，现场接线简单，维护方便。无功补偿系统的扩容只能通过增加模块数量来实现。

2.高品质电容

采用自愈式低压补偿电容智能电容器，电容内置温度传感器，反映电容内部发热程度，实现过温保护。

3、嵌入式开关模块

智能电容内置开关模块。投切开关模块由晶闸管、磁保持继电器、过零触发导通电路和晶闸管保护电路组成，实现电容器的“零投切”，保证无浪涌电流冲击，无动作过电压在切换过程中。开关模块响应速度快，可频繁操作。

4、完善的保护设计

智能电容具有断电保护、短路保护、电压缺相保护、电容过温保护等功能，可有效保障电容安全，延长设备寿命。

5、先进的控制技术

控制物理量为无功功率，采用无功潮流预测和延时多点采样技术，保证投切不振荡。负载较重时，无功功率得到充分补偿。

6、抗开关振荡技术

采用独特的设计原理，防止控制器死机造成的不补偿或过补偿，防止电容投切振荡。

7、无功功率自动补偿

智能电容根据负载无功功率的大小自动投切，动态补偿无功功率，改善电能质量。智能电容可以单独使用，也可以多台联机使用。

智能电容价格：

智能无功功率自动补偿控制器电容器

202.00

苏州华中HZTQ2-10/F3Y智能无涌流电容器投切装置

650.00

智悦集团智能型低压电力电容器

980.00

智能集成低压电力电容器

1080.00

久康智能一体化电力电容器

995.00

上海威思康智能一体化电力电容器JKCS-CS/450V-35

990.00

电容/正品标明智能集成电力电容

714.00

这种智能电容其实有很多元器件，比如优质电容、智能测控模块等等，当然还有开关模块。智能电容器不仅具有以上特点，还具有友好的人机界面，可以显示电流、电压等设备运行中的参数，还可以显示模块故障状态，方便操作和调整工作人员，所以它是一个非常方便的机器。

作者：Basso，富昌电子业务发展经理

GaN 功率开关技术的出现有效地响应了市场对更轻、更紧凑的旅行电源适配器日益增长的需求：GaN 高电子迁移率晶体管的快速开关能力使超高密度转换器的发展成为可能。

然而，虽然开关频率的增加导致主变压器尺寸大幅减小，但仍有一个组件难以缩小：大容量电容器。该器件通过前端桥式整流器执行真正的 AC-DC 转换，然后为下游 DC-DC 转换器提供整流轨。大容量电容器的选择取决于其电压和电流额定值：最高电压输入决定了选择，这通常会导致设计人员选择难以装入外壳的超大器件。

现在，Power 拥有一种设备，可以根据实时输入电平动态构建所需的电容值。正如本文所展示的那样，这显着减小了整体系统尺寸，使设计人员能够在提高电源适配器等设备的功率密度方面取得进一步进展。

确定电容器值

在讨论大容量电容器的选择标准之前，让我们先看一下图 1 中所示的简化前端部分。桥式整流器从墙上插座接收正弦电压，电容器执行平滑功能。输出为恒功率负载供电，该负载模拟在闭环中运行的转换器，吸收稳压输出。

图1：简化的前端桥式整流电路

在图 1 中，当输入正弦电压超过电容器两端的电压加上两个二极管压降时，电容器被充电。充电继续大致超过输入线的峰值。在剩下的时间里，电容器不再充当吸收器，而是成为自动为负载供电直到下一次充电事件发生的发电机。因此，整流电压由波峰和波谷组成，在此期间转换器环路调整工作点以提供干净、无纹波的输出电压。

转换器必须能够从满载运行到谷值，并在最低交流输入电压下支持峰值和谷值之间平均电流值的热应力。理解这一点很重要，因为它决定了电容器的选择。出于尺寸和成本原因，降低该值可能对设计人员有吸引力，但谷值电压太低会导致转换器对于如此低的输入尺寸过大。

因此，高压线路中可能会出现过功率情况，从而危及电路的安全。除此之外，可能还需要考虑保持时间要求并影响最终选择。

确定电容器的局限性

各种电气或物理参数会影响电容器的选择，但最重要的是电压和工作温度；后者与均方根电流值密切相关。随着温度升高并接近数据表中规定的最大值电源控制器，必须考虑降额因素以最大限度地延长使用寿命。对于铝电解类型，降额系数接近最大电压的 30% 是常见的，建议在设备升温时进一步增加此安全裕度值。

在以 85 Vrms 的最小输入电压运行的旅行适配器中，整流电压为 120 V 峰值，并且在以 127 Vrms 北美电源运行的系统中可以增加到 180 V。在欧式插座中，电源电压可高达 265 Vrms，标称高达 230 Vrms，这会将大容量电容器偏置到 375 V。基于此数据，设计人员通常会根据最高输入电压选择大容量电容器：额定 400 V电容器很受欢迎。考虑到标称高压线路工作电压为 325 V（标称值为 230 Vrms），这为电容器在正常工作条件下提供了 19% 的降额系数。

电容器温度受元件中流动的均方根电流及其工作环境温度的影响。均方根电流必须在最坏情况下进行评估，并应指导电容器的选择。忽视这一重要步骤会严重缩短使用寿命，甚至导致组件故障。

电流 1 可以通过分析计算或依靠仿真来评估电容器中循环电流的均方根含量。图 2 显示了一个典型示例，其中电路可在数秒内提供结果。此处，ESR 为 2.4 的电容器提供 0.2（20°C 时）的典型耗散因数 (tan) 和 120 Hz 纹波电流。在这个例子中，负载是一个 60 W 的适配器。

图 2：前端部分由二极管电桥和电容器组成，用于执行 AC-DC 整流

电压纹波为 33% 时，谷底电压达到 70 V：此值决定了 60 W 转换器的尺寸和余量。浪涌过后，电容器的均方根电流稳定在 1.1 A 左右。在这个简单的设置中，电流由 100 Hz 或 120 Hz 周期组成，不包括下游转换器的高频脉冲。这些脉冲还会加热电容器电源控制器，在评估期间必须考虑在内。

选择合适的电容器

最大允许均方根电流随工作​​温度变化很大。与许多功率元件一样，电容器在低于其最高温度运行时可以承载更多电流。表 1 显示，对于额定温度高达 85°C 的电容器，在 55°C 下工作时，最大允许均方根电流可增加 50%。

表 1：电容器额定纹波电流倍数与频率和工作温度的关系

类似的情况也适用于纹波频率，其中最坏的情况对应于最低频率：转换器吸收的高频脉冲的影响应小于 100 Hz 或 120 Hz 纹波的影响。在最高电容器温度限制为 55°C 的 60 W 适配器中，能够在 85°C 下接受 730 mA 的 100 F 类型就足够了。

表 2：在低于其最大额定值的温度下运行的电容器能够承载更高的电流

如表 2 所示，这三个组件中的任何一个都是潜在的候选者；中间的提供了一些额外的余量。该电容器的体积约为 12.7 立方厘米。插入转换器时限制浪涌电流的热敏电阻将进一步增加系统的电路板占用空间。

在图 2 的仿真中，当电源增加到 230 Vrms 时，电容器电流下降到 585 mA，这使得 100 F 电容器太大了。此外，如果存在 30% 的电压纹波，则有效电容可能会降至 68 F 甚至 47 F 的较低值。

电容器表显示，如果适配器设计为在高压线路上运行，则可以使用更紧凑的设备。承受低线路中的大 rms 电流需要大尺寸电容器，但当 rms 约束不太重要时，还需要针对 400 V 操作进行调整。这就提出了一个问题，即是否可以改变电容值以响应电源输入的变化。

根据需要调整电容值

这就是 Power MinE-CAP 控制器背后的理念：它支持选择一个具有低 rms 能力的小型 400 V 电容器用于高压线路运行，并且当适配器在低压线路上运行时，并联一个更大但额定电压为 160 V 的电容器电容器。图 3 显示了在板上安装两个电容器的原理。

图 3：电源控制器确保根据输入电压选择正确的电容

在第一个上电序列期间，高压电容器 CHL 会立即充电，但其低电容会限制浪涌电流。然后控制器检测输入电平并知道它是在高压线还是低压线上运行。在高压线的情况下，信号被发送到下游功率控制器，它立即开始切换，因为它满足操作条件。同时，控制器开始使用恒流源对 CLL 缓慢充电，避免任何相关的电流浪涌。

当该电容器两端的电压达到 145 V 时，充电序列结束。电容器两端的电压随后由控制器调节。当适配器的输入电压降至较低值时，控制器等待主电容器 CHL 两端的电压与 CLL 的电压匹配，然后再进行并联过程，以避免在并联具有不同端电压电平峰值的电容器时产生任何电流。

如果输入电压再次上升并超过预定阈值，低压线路电容器 CLL 将安全断开并返回到涓流充电模式。如果第一个上电序列发生在低线路上，则该过程会发生变化。在这种情况下，低压线路电容器将以更快的电流充电，一旦所有电压都在预期窗口内，下游开关转换器就可以开始工作。数据表通常提到在这种模式下从初始交流电连接起的启动时间为 250 毫秒。

如果高压线路电容器直接连接到桥式整流器，则电容器 CLL 通过内部 MinE-CAP 开关。在 100°C 的最高工作结温下，晶体管的性能受到 620 mΩ 典型导通电阻的限制。因此，重要的是要验证低压电容器提供的均方根电流是否与器件可以耗散的最大功率一致，同时将结温保持在安全区域内。在考虑 PCB 布局和铜厚度的情况下评估结到环境的热阻是设计过程的一个重要部分。

一个设计实例

这个设计过程可以用一个例子来说明，这个例子显示了一个 65 W 适配器的前端电容计算，该适配器在一个低至 85 Vrms 的通用电源输入下运行。假设 42% 的纹波和低至 70 V 的可接受谷值电压，计算出的电容为 112 F，归一化为 120 F 的上限。图 4 中的仿真显示纹波电流为 1.3 Arms。在该公司的 400 V 铝电容器产品组合中，UCY 系列的三个器件适用于最高 105°C 的工作温度。

图 4：基于模拟和数据表，三个电容器用于

这些电容器的体积介于 8cm3 和 9cm3 之间，可以单独支持整个输入电压范围。此外，Surge 还为这些整流功能提供了丰富的电容器选择：RLA 或 RLD 系列的器件也符合要求。

将搜索范围缩小到仅 160 V 类型，150 F 电容器将是一个不错的选择。如图5所示。

图 5：与高压版本相比，160 V 电容器明显更小

与最初选择的高压机型相比，低压机型体积缩小了51%。在 195 Vrms 的输入下运行相同的仿真，对应于 230 V 的低电平标称值，经计算，均方根电流为 551 mA。22 F 电容器会将谷底电压降至 180 V 左右：这对于下游转换器来说是可以接受的。查看此高压设备的数据表会发现 27 F 或 33 F 电容器是合适的选择。

图 6 显示了具有单个高压器件的电路与具有覆盖不同电压范围的两个电容器的电路的比较：双电容器解决方案将整体体积减少了 30%，这对于高密度设计人员来说是一个巨大的优势电源适配器。大量节省。当然，160 V 的电容器成本低于 400 V 类型。

图 6：组合两个不同电压和电容值的电容器而不是一个大电容器在尺寸和成本方面具有优势

MinE-CAP 控制器旨在与电源开关一起使用，例如应用报告 DER-626 中描述的 -PRO。电气图如图 7 所示。在这个高密度 65 W 适配器中，MinE-CAP 将 39 F/400 V 电容器与较低电压的 100 F/160 V 设备配对。

图 7：显示转换器前端中的 MinE-CAP 控制器的应用框图

MinE-CAP 和设备共享一个公共 Vcc 轨，其电平由基于齐纳二极管的稳压器设置。辅助绕组提供原始直流电压并提供最佳待机性能。当工作条件有效时，MinE-CAP 控制器通过偏置电路的断电引脚来启用适配器，并且适配器可以提供从 5 V 到 20 V 的四种可能输出电压之一。

概括

提高开关转换器的工作频率有助于减小磁性元件的尺寸，但对减小大容量电容器的尺寸毫无帮助。在高密度适配器等空间受限的设计中，由于额定电压高达 400 V 的设备尺寸较大，所选电容器可能会导致设计问题。

通过组合两个不同电压的电容器，MinE-CAP 控制器提供了一种巧妙的解决方案来减少前端部分占用的体积。作为驱动下游转换器（例如设备）的配套芯片，组合设计为关键高密度适配器的设计人员提供了有用的解决方案。

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