我們一般把安規電容稱(chēng)之為X,Y電容,它根據IEC 60384-14:2005進(jìn)行認證。那么怎么正確的選擇和使用X,Y電容才能夠符合安規的要求呢?下面我們從X,Y電容的基本特性和實(shí)際應用兩方面進(jìn)行闡述。
(一) X、Y電容兩者的基本特性
X電容雙稱(chēng)為差模電容,經(jīng)常性的出現在不會(huì )導致電沖擊危險的場(chǎng)合所使用的電容器或RC組件,X電容在電路中用于L-L之間,或L-N之間,從而起到差模濾波的效果,因此X電容也被稱(chēng)做差模電容。我們把X電容疊加到電源本體上的脈沖峰值電壓(使用中可能承受的)大小,分為X1,X2,X3三類(lèi)電容,下表1。
安規電容安全等級 |
應用中允許的峰值脈沖電壓 |
過(guò)電壓等級(IEC664) |
應用場(chǎng)合 |
耐壓測試中施加峰值脈沖電壓Up |
X1 |
>2.5KV ≤4.0KV |
Ⅲ |
高峰值脈沖電壓 |
當CR≤1.0uF, Up=4.0KV; 當CR>1.0uF, Up=4/CR1/2 |
X2 |
≤2.5KV |
Ⅱ |
普通 |
當CR≤1.0uF, Up=2.5KV; 當CR>1.0uF, Up=2.2/CR1/2 |
X3 |
≤1.2KV |
?? |
普通 |
|
表1 X電容
Y電容稱(chēng)為共模電容,它是一種使用在電容器失效是不會(huì )導致電擊危險的場(chǎng)合所使用的電容器或RC組件,使用L-PE, N-PE之間,得到共模濾波的效果,因此Y電容也稱(chēng)為共模電容。這兩個(gè)Y電容連接的位置比較關(guān)鍵,一定要滿(mǎn)足相關(guān)的安全標準, 以防引起電子設備漏電或機殼帶電,容易危及人身安全及生命。Y電容屬安全電容,要求電容值不可過(guò)大,而耐壓必須較高,具體分類(lèi)如表2。
安規電容安全等級 |
絕緣類(lèi)型 |
額定電壓范圍 |
耐壓測試電壓 |
Y1 |
雙重絕緣或加強絕緣 |
≤250V |
8.0KV |
Y2 |
雙重絕緣或加強絕緣 |
≥150V ≤250V |
5.0KV |
Y3 |
雙重絕緣或加強絕緣 |
≥150V ≤250V |
?? |
Y4 |
雙重絕緣或加強絕緣 |
<150V |
2.5KV |
表2 Y電容
Y電容量必須受到限制,從而達到控制在額定電壓及額定頻率作用下,流過(guò)它的漏電流的大小在相關(guān)標準的允許范圍內。例如,GJB151就規定Y電容的容量應不大于0.1uF。
另外要注意的是,Y電容除了要符合相應的電網(wǎng)電壓耐壓外,同時(shí)要求電容器在電氣和機械性能方面有足夠的安全余量,避免在極端惡劣環(huán)境條件下出現擊穿短路現象,Y電容的耐壓性能對保護人身安全具有重要意義。
(二) X、Y電容具體使用方法
在EMI濾波器的設計中X,Y電容是相當重要的。在EMC設計里,所有器件都不是理想,包括電容。在頻率范圍比較高的情況下,其寄生參數(寄生電容、寄生電感)是不可忽視的,而且往往是影響濾波性能的重要因素。
實(shí)際電容的等效電路見(jiàn)圖1:
圖1 電容等效電路
圖中:
ESR:電容器的物理結構及引腳上不可避免的存在寄生電阻,我們稱(chēng)之為Equivalent Series
Resistance;
ESL:電容器將流過(guò)它的電流限制在一個(gè)給定的物理路徑上,對電流有一定的限制作用,形成了Equivalent
Series Inductance;
IR:直流電壓加在電容上,并產(chǎn)生漏電電流,兩者之比稱(chēng)為絕緣電阻。當電容較小時(shí),主要取決于電容的表面狀態(tài);當容量>0.1uf時(shí),主要取決于介質(zhì)的性能。隨著(zhù)頻率的升高,C的阻抗遠遠小于IR的阻抗,在EMC考慮的頻率范圍以?xún)?,可以忽?span>IR。
則電容阻抗曲線(xiàn)如圖2,插入損耗曲線(xiàn)如圖3:
圖2 電容阻抗曲線(xiàn)
圖3 電容插入損耗曲線(xiàn)
上圖可見(jiàn),因電ESL的存在,電容實(shí)際上是一個(gè)LC串聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò ),在諧振頻率上會(huì )發(fā)生諧振,諧振點(diǎn)上,阻抗很小,插損很大;當干擾頻率高于諧振點(diǎn)后,電容呈現電感的阻抗特性,頻率越高,阻抗越大,電容的濾波效果越差。這在實(shí)際工程中必須引起足夠的重視。
所以要濾除高頻的電磁干擾,一定要使電容器的諧振頻率高于干擾頻率。但有時(shí)也利用電容這個(gè)特性對特定頻率的干擾進(jìn)行有效的濾波,通過(guò)調整諧振點(diǎn),使諧振點(diǎn)在干擾頻率附近。提高諧振頻率的方法使減小引線(xiàn)電感和電容,但有時(shí)為了要濾除頻率較低的干擾信號必須使用較大的電容,或者是人為的通過(guò)延長(cháng)電容管腳來(lái)增加引線(xiàn)電感。
這便出現了矛盾:為提高高頻的濾波效果,需要使用容量較小的電容,而小電容對低頻的濾波效果又很差,需要增加大電容進(jìn)行補償,如何兼顧高頻和低頻的濾波要求?通過(guò)實(shí)踐,我們總結了一個(gè)實(shí)用的方法,即用一個(gè)大電容和一個(gè)小電容并聯(lián)起來(lái)使用的解決方案。其插入損耗曲線(xiàn)如圖4所示:
圖4 電容并聯(lián)插入損耗曲線(xiàn)
在大電容諧振頻率及小電容諧振頻率之間,其中大電容呈現電感特性,小電容呈現電容特性,實(shí)際上是一個(gè)LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò ),此LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò )在某一頻率上會(huì )產(chǎn)生并聯(lián)諧振。
另外,選擇適當種類(lèi)的電容也十分重要。而陶瓷電容具有較好的高頻特性,最常用的濾波電容,但它的容量隨工作電壓、電流頻率、時(shí)間和環(huán)境溫度等變化。圖5給出幾種常用電容的使用頻率范圍:
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