電容在高頻線(xiàn)路中使用以及電容爆炸原因和處理方法
好的高頻去耦電容可以去除高到1GHZ的高頻成份。陶瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好。設(shè)計(jì)印刷線(xiàn)路板時(shí)，每個(gè)集成電路的電源，地之間都要加一個(gè)去耦電容。去耦電容有兩個(gè)作用：一方面是本集成電路的蓄能電容，提供和吸收該集成電路開(kāi)門(mén)關(guān)門(mén)瞬間的充放電能；另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲。數(shù)字電路中典型的去耦電容為0.1uf的去耦電容有5nH分布電感，它的并行共振頻率大約在7MHz左右，也就是說(shuō)對(duì)于10MHz以下的噪聲有較好的去耦作用，對(duì)40MHz以上的噪聲幾乎不起作用。
1uf，10uf電容，并行共振頻率在20MHz以上，去除高頻率噪聲的效果要好一些。在電源進(jìn)入印刷板的地方和一個(gè)1uf或10uf的去高頻電容往往是有利的，即使是用電池供電的系統(tǒng)也需要這種電容。
每10片左右的集成電路要加一片充放電電容，或稱(chēng)為蓄放電容，電容大小可選10uf。最好不用電解電容，電解電容是兩層溥膜卷起來(lái)的，這種卷起來(lái)的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感，最好使用膽電容或聚碳酸醞電容。 去耦電容值的選取并不嚴(yán)格，可按C=1/f計(jì)算；即10MHz取0.1uf。
由于不論使用怎樣的電源分配方案，整個(gè)系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生足夠?qū)е聠?wèn)題發(fā)生的噪聲，額外的過(guò)濾措施是必需的。這一任務(wù)由旁路電容完成。一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)1uf-10uf 的電容將被放在系統(tǒng)的電源接入端，板上每個(gè)設(shè)備的電源腳與地線(xiàn)腳之間應(yīng)放置一個(gè)0.01uf-0.1uf 的電容。旁路電容就是過(guò)濾器。放在電源接入端的大電容（約10uf）用來(lái)過(guò)濾板子產(chǎn)生的低頻（比如60hz 線(xiàn)路頻率）。板上工作中的設(shè)備產(chǎn)生的噪聲會(huì)產(chǎn)生從100mhz 到更高頻率間的合共振（harmonics）。每個(gè)芯片間都要放置旁路電容，這些電容比較小，大約0.1u 左右。

退藕電容的一般配置原則
1. 電源輸入端跨接10 ~100uf的電解電容器。如有可能，接100uf以上的更好。
2. 原則上每個(gè)集成電路芯片都應(yīng)布置一個(gè)0.01pf的瓷片電容，如遇印制板空隙不夠，可每4~8個(gè)芯片布置一個(gè)1 ~ 10pf的但電容。
3. 對(duì)于抗噪能力弱、關(guān)斷時(shí)電源變化大的器件，如 ram、rom存儲(chǔ)器件，應(yīng)在芯片的 電源線(xiàn)和地線(xiàn)之間直接入退藕電容。
4、電容引線(xiàn)不能太長(zhǎng)，尤其是高頻旁路電容不能有引線(xiàn)。此外，還應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：
a、 在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時(shí)．操作它們時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大火花放電 ，必須采用附圖所示的 rc 電路來(lái)吸收放電電流。一般 r 取 1 ~ 2k，c取2.2 ~ 47uf。
cmos的輸入阻抗很高，且易受感應(yīng)，因此在使用時(shí)對(duì)不用端要接地或接正電源。
由于大部分能量的交換也是主要集中于器件的電源和地引腳，而這些引腳又是獨(dú)立的直接和地電平面相連接的。這樣，電壓的波動(dòng)實(shí)際上主要是由于電流的不合理分布引起。但電流的分布不合理主要是由于大量的過(guò)孔和隔離帶造成的。這種情況下的電壓波動(dòng)將主要傳輸和影響到器件的電源和地線(xiàn)引腳上。
為減小集成電路芯片電源上的電壓瞬時(shí)過(guò)沖，應(yīng)該為集成電路芯片添加去耦電容。這可以有效去除電源上的毛刺的影響并減少在印制板上的電源環(huán)路的輻射。
當(dāng)去耦電容直接連接在集成電路的電源管腿上而不是連接在電源層上時(shí)，其平滑毛刺的效果最好。這就是為什么有一些器件插座上帶有去耦電容，而有的器件要求去耦電容距器件的距離要足夠的小。
去耦電容配置的一般原則如下：
● 電源輸入端跨接一個(gè)10～100uF的電解電容器，如果印制電路板的位置允許，采用100uF以上的電解電容器的抗干擾效果會(huì)更好。
● 為每個(gè)集成電路芯片配置一個(gè)0.01uF的陶瓷電容器。如遇到印制電路板空間小而裝不下時(shí)，可每4～10個(gè)芯片配置一個(gè)1～10uF鉭電解電容器，這種器件的高頻阻抗特別小，在500kHz～20MHz范圍內(nèi)阻抗小于1Ω，而且漏電流很小（0.5uA以下）。
對(duì)于噪聲能力弱、關(guān)斷時(shí)電流變化大的器件和ROM、RAM等存儲(chǔ)型器件，應(yīng)在芯片的電源線(xiàn)（Vcc）和地線(xiàn)（GND）間直接接入去耦電容。
● 去耦電容的引線(xiàn)不能過(guò)長(zhǎng)，特別是高頻旁路電容不能帶引線(xiàn)。
● 在印制板中有接觸器、繼電器、按鈕等元件時(shí)．操作它們時(shí)均會(huì)產(chǎn)生較大火花放電，必須RC 電路來(lái)吸收放電電流。一般 R 取 1 ~ 2K，C取2.2 ~ 47UF。
● CMOS的輸入阻抗很高，且易受感應(yīng)，因此在使用時(shí)對(duì)不用端要接地或接正電源。

● 設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確定使用高頻低頻中頻三種去耦電容，中頻與低頻去耦電容可根據(jù)器件與PCB功耗決定,可分別選47-1000uF和470-3300uF；高頻電容計(jì)算為: C=P/V*V*F。
● 每個(gè)集成電路一個(gè)去耦電容。每個(gè)電解電容邊上都要加一個(gè)小的高頻旁路電容。
● 用大容量的鉭電容或聚酷電容而不用電解電容作電路充放電儲(chǔ)能電容。使用管狀電時(shí)，外殼要接地。

 

電容在高頻線(xiàn)路中使用以及電容爆炸原因和處理方法

我曾經(jīng)在400V開(kāi)關(guān)室使用了PGJ1-5型無(wú)功功率補(bǔ)償屏,屏內(nèi)裝有BCMJ型并聯(lián)電容器10只,每只額定輸出16kVar,額定電壓0.4kV,額定電流25A,溫度類(lèi)別-25℃/45℃接法。對(duì)這兩次事故原因作了認(rèn)真的分析和徹底的處理。

2 原因分析與處理

2.1 環(huán)境溫度高

本無(wú)功功率補(bǔ)償屏安裝于400V開(kāi)關(guān)室內(nèi),室內(nèi)共有8臺(tái)開(kāi)關(guān)柜,而面積僅30m2,其對(duì)面是SZ7-800kVA 35kV/0.4變壓器室,整體通風(fēng)條件差,炎熱的夏天開(kāi)關(guān)室內(nèi)溫度高達(dá)48℃以上,由此可見(jiàn)環(huán)境溫度過(guò)高是引起電容爆炸的原因之一。補(bǔ)償屏應(yīng)移至單一通風(fēng)控制室,并應(yīng)在電容器外殼上貼示蠟片(示溫片),值班人員可以從顯示的溫度來(lái)間接地監(jiān)視電容介質(zhì)溫度。

2.2 電壓極不穩(wěn)定

我們從公式QC=2πfCV2中可以看出:電容器的無(wú)功容量與電壓的平方成正比。當(dāng)電壓降低時(shí),電容器的無(wú)功容量將按電壓的平方成正比地相應(yīng)減少,即電容器的容量得不到充分利用。當(dāng)運(yùn)行電壓升高時(shí)會(huì)使電容器的溫升增加,甚至使電容器的熱平衡破壞而引起電容器爆炸。因此國(guó)標(biāo)規(guī)定:電容器允許在1.1倍額定電壓下長(zhǎng)期運(yùn)行,但每24h內(nèi)在1.15倍額定電壓下運(yùn)行的時(shí)間不得超過(guò)30min。

我廠(chǎng)400V電壓極不穩(wěn)定,電壓波動(dòng)范圍為0.9Ue～1.15Ue(Ue為額定電壓400V),谷期用電時(shí)常在450V左右,運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)達(dá)7h,這是造成我廠(chǎng)電容爆炸燒壞原因之二。因SZ7-800kVA電源變壓器是有載調(diào)壓變壓器,要解決這一問(wèn)題只須設(shè)置一臺(tái)KYT-2型有載調(diào)壓控制器,投資不到一千元就可以將電壓始終控制為額定電壓。

2.3 諧波電流的存在

我廠(chǎng)采用了大功率可控硅整流器作為回轉(zhuǎn)窯的直流電源與補(bǔ)償屏并聯(lián)運(yùn)行。由于接入電網(wǎng)運(yùn)行的可控硅裝置,客觀(guān)上起到了一個(gè)高次諧波發(fā)生器的作用,會(huì)引起電路電壓及電流的波形畸變。諧波電流的存在常使電容器發(fā)生異常的響聲,嚴(yán)重時(shí)引起電容器膨脹,這是引起電容器爆炸的原因之三。發(fā)生這種情況的主要原因是:(1)高次諧波電流疊加于基波電流,使電容器總電流增大;(2)某一高次諧波在系統(tǒng)感抗和電容器容抗之間引起并聯(lián)諧振,使流入電容器的電流成倍增長(zhǎng);(3)電容器內(nèi)部對(duì)某一高次諧波發(fā)生局部串聯(lián)諧振,從而引起過(guò)負(fù)荷。

3 處理措施

為了防止這些情況發(fā)生,可以在補(bǔ)償電容器組的每相內(nèi)串接一個(gè)空心電抗器來(lái)限制電流。使電容電路的合成電抗對(duì)于高次諧波而言,變?yōu)楦行噪娍埂Ｔ诟叽沃C波中,3次諧波因變壓器的△連接而被短路,因此這是針對(duì)5次以上諧波的措施。若選擇串聯(lián)電抗器的電抗使5次諧波諧振時(shí),則5次諧波被短路,對(duì)5次諧波以上的高次諧波,因電容回路變?yōu)殡姼行?所以波形被改善,從而根本上消除了產(chǎn)生諧振的可能。防諧振串聯(lián)空心電抗器的電抗可以通過(guò)計(jì)算得出:

即XL>4%XC

式中:L——串聯(lián)電抗器的電感,H;

C——補(bǔ)償電容器的容量,F;

XL——串聯(lián)電抗器的感抗,Ω;

XC——補(bǔ)償電容器的容抗,Ω。

由此可知,串聯(lián)電抗器的電抗約為容抗的4%以上即可。因考慮到系統(tǒng)頻率偏低,出現(xiàn)事故時(shí)電容器容量減少,實(shí)際上選用感抗為5%～6%XC。

做好上述分析處理后,無(wú)功功率補(bǔ)償屏達(dá)到了安全節(jié)能運(yùn)行的效果。

電容在高頻線(xiàn)路中使用以及電容爆炸原因和處理方法