电源的安规设计(2)

出处:硬件十万个为什么 发布于:2022-01-20 17:16:55

    、安规电容的定义

    安规电容器是行业对抑制电源电磁干扰用固定电容器的俗称,因为该类电容符合安全规范、且通过安全规范测试认可,同时其本体印刷有多个国家的安全认可LOGO标志,故而称为安规电容器。此类电容在实际应用中的“安规”表现在:即使电容器失效后,也不会导致 电击,不危及人身安全;此外,它采用阻燃材料制造,顶多会爆炸(只是炸裂,没有火产生,只产生气体),然后就是短路,不会导致火灾发生。

 

    图

    安全规范(简称“安规”)安全规范对产品的装置与电子组件有明确的陈述及指导,以避免由于设计不良或使用不当而导致电击、能量(打火/拉弧/爆炸)、火灾、辐射、机械与热/高温危险、化学危险等事故和灾害,要求生产厂商尽可能给终端使用者提供具有安全、高品质的产品,保护使用者与操作者生命、财产安全。

   作用&分类

    安规电容通常只用于抗干扰电路中的滤波作用。它们用在电源滤波器里,起到电源滤波作用,分别对共模,差模干扰起滤波作用。例如:当在电源跨线电路中使用电容器来消除噪音时,不仅仅只有正常电压,还必须考虑到异常的脉冲电压(如闪电)的产生,这可能会导致电容器冒烟或者起火。所以,跨线电容器必须使用安规电容。通常,出于安全考虑和EMC考虑,一般在电源入口建议加上安规电容。

    交流安规电容在电路的位置及作用:﹙1﹚Across-the-line接线间;﹙2﹚Antenna-coupling天线耦合;﹙3﹚Line-bypass  旁路。

    根据IEC60384-14,电容器分为X电容和Y电容,如(图2)所示:X电容是指跨于L-N之间的电容;Y电容是指跨于L-G/N-G之间的电容。

    注:(L=LINE    N=NEUTRAL     G=GROUND)

    即:火线-零线间的是X电容,火线或零线与地线间的是Y电容。

    备注说明:一般作安规测试时,元件需同时通过X电容和Y电容的测试标准。例  如:X1/X2代表元件同时符合X电容和Y电容的测试标准。

    容

    根据安全等级,X容可以分为3类:

   

    容一般都标有安全认可标志和耐压AC250V或AC275V字样,但从上表中可以看到,其真正的直流耐压高达至少2500V(X2)以上。所以使用的时候不要随意使用标称耐压AC250V或者DC400V之类的的普通电容来代用。

    通常,X电容多选用纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容。这种类型的电容体积较大,但其允许瞬间充放电的电流也很大,而其内阻相应较小。普通电容纹波电流的指标都很低,动态内阻较高。用普通电容代替X电容,除了电容耐压无法满足标准之外,纹波电流指标也难以符合要求。

    根据实际需要,X电容的容值允许比Y电容的容值大。但此时必须在X电容的两端并联一个安全电阻,防止拔掉电源线时由于该电容的放电过程太慢而致电源线插头长时间带电。安全标准规定,当正在工作之中的机器电源线被拔掉时,在两秒钟内,电源线插头两端带电的电压(或对地电位)必须小于原来额定工作电压的30%。

   

    根据安全等级,Y容可以分为4类:

   

    电容外观多为橙色或蓝色,一般都标有安全认可标志(如UL、CSA等标识)和耐压AC250V或AC275V字样。然而,从上表可以看到,其真正的直流耐压高达5000V(Y2)以上。必须强调,Y电容不得随意使用标称耐压AC250V或者DC400V之类的普通电容来代用。

    电容的电容量必须受到限制,从而达到控制在额定频率及额定电压作用下,流过它的漏电流的大小和对系统EMC性能影响的目的。GJB151规定Y电容的容量应不大于0.1uF。一般情况下,工作在亚热带的机器,要求对地漏电电流不能超过0.7mA;工作在温带机器,要求对地漏电电流不能超过0.35mA。因此,Y电容的总容量一般都不能超过4700PF(472)。

    电容除符合相应的电网电压耐压外,还要求这种电容器在电气和机械性能方面有足够的安全余量,避免在极端恶劣环境条件下出现击穿短路现象,Y电容的耐压性能对保护人身安全具有重要意义。

    属于双绝缘Y电容,用于跨接一二次侧;Y2则属于基本单绝缘Y电容,用于跨接一个侧对地保护即FG线。

    容与Y容的区别

    电容抑制差模干扰,Y电容抑制共模干扰。

    基于漏电流的限制,Y电容值不能太大,一般X电容是uF级,Y电容是nF级。

    电容常采用金属化聚丙烯薄膜电容器(MPX);通常,X电容多选用耐纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容。这种类型的电容体积较大,但其允许瞬间充放电的电流也很大,而其内阻相应较小。X电容采用塑封、方形结构和内部高压OPP材料(金属化聚丙烯材料卷绕加工而成),OPP材质不但有更好的电气性能,而且与电源的输入端并联可以有效的减小高频脉冲对电源的影响。Y电容常采用高压瓷片的。

    、安规电容使用注意事项

    、Y电容必须满足使用的电压要求,对于超过标称电压的,可以选择串联使用来均压,但是必须使用完全一致的电容串联。

    、Y电容必须满足温度要求。对于Y电容,UL认可时的温度很高只能为85度,这是由于UL标准很高只进行85度的测试;但是欧洲认可的温度往往较高,目前UL同意采用欧洲认可的Y电容温度作为很高的使用温度。

    考虑电路输入端的可能的脉冲电压的大小,不同的电容承受脉冲电压的大小不同,电容的耐压不能小于电路中的脉冲电压的峰值。例如:UPS的输入端,考虑过电压等级III,一般来说脉冲电压峰值为4000V,所以输入端只能选择X1、Y1、Y2电容。

    、Y2电容作为安全电容的X、Y电容,要求必须取得安全检测机构的认可。电容外观一般都标有安全认可标志(如UL、CSA 等标识)和耐压AC250V 或AC275V字样字样。必须强调,X、Y 电容不得随意使用标称耐压AC250V 或者DC400V之类的普通电容来代用。

    、安规电容选型

    对于逆变器中X、Y电容的选择,我们需要考虑所要求的绝缘要求,如基本绝缘、附加绝缘、双重绝缘、加强绝缘等。在不同的绝缘要求中,电容的选择也是存在区别的。

    根据电路的工作电压,过电压等级选择合适的安规电容。

    、安规电容的丝印识读

   

    丝印图

    注解:

    为制造厂商的商标(LOGO)

    为制造厂商型体(MKP)及电容认可类别(X2级)

    为电容标称容量(对于RC组件,需有标称电阻阻值)

    ● 安规电容容量优先选用E6数系:

    、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8的及其10进倍数

    ● 也可以选E12数系:

    、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、

    为容量允许偏差

    ●K级(?10%);J级(?5%);M级(?20%)

    (IEC60384-14标准默认公差为?20%,一般选用K级)

    为额定电压及电源性质(交流电压可用符号~表示)

    ● 一般使用额定电压值:250VAC、275(280)VAC、305(310)VAC、440VAC、760VAC。

    ● 电容器的额定电压应等于或大于所连接电源电压,电容器的设计应考虑系统电压高于其标称电压

    为气候类别(40/105/21)

    ● 下限温度-40;上限温度 105,稳态湿热试验持续时间21天

    依据IEC60384-14标准稳态湿热试验持续时间分为21天和56天,默许为21天,一般气候类别后紧跟一个字母表示阻燃等级。阻燃等级采用针焰烯烧试验进行,分为A\B\C三个等级,IEC60384-14标准默许C级。

    为该电容符合的安规认可。

    为该电容器的产品制造执行标准

    、附录:常见的安规标志


关键词:电源

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