保险丝电容选用

只看该作者 · 2014-12-18 10:40

如图所示，电源给TR组件供电。
TR组件工作时，需要26A的电流，工作频率为2kHZ，每个周期只工作25us。允许电源电压跌落最多10%，也就是0.9V。
根据公式，i=Cdu/dt ，TR组件在工作时，du=0.9V,dt=25us 计算出C的容量为722uf，实际应用中，选用了6个220UF的钽电容。
现在的问题是，保险丝该怎么选择。目前的项目中是按照平均电流选，26A*0.05=1.3A选择，选取5A的保险丝。
我认为这么选择不对，不应该以平均电流选择，而应该按照电路实际工作的物理过程来算。

1.以上计算电容容量的公式的前提是：TR组件在工作时的电流靠电容提供，电源无法提供这么大的瞬时电流，也就是认为电源此刻已经残废。保险丝的作用其实只是用在给电容充电的过程。
2.选择了如此大的钽电容就要考虑其热功耗，经查阅钽电容的ESR在500毫欧的级别。根据I2*ESR，I=（26/6），电容肯定得爆炸，一般的钽电容允许热功耗也就200mw。
3.考虑板子上电的过程，根据RC充放电电路模型，I=U/(R+ESR)*e（-t/RC）。（公式大家都知道哈，-t/RC是e的指数）。R为电源的内阻，也不会太大，假设为1欧姆吧。那么上电的瞬间，电流那是非常大啊，电容咋不爆炸。

以上是我的问题和假设，我再提出自己的自我解答，请前辈指教，猛烈拍砖，详细解答，晚辈在此行礼了！！

1.保险丝有个参数叫熔化热量，I2t。因为在电容充电的过程中，电流比较大，且持续时间很短，熔化热量一般指8ms内的参数，因此可以根据这个参数选择保险丝，而不是平均电流。
2.这时候不应该选用钽电容，即使要用，也应该用一大堆并联，以减少每个电容所承担的电流，直到降低到钽电容的允许热功耗以内。或者选用ESR更低的电容。
3.板子在空载的时候没有爆炸过，其原因可能是电源的上电爬坡时间很长，所以电容的充电电流不大，不会爆炸。
4.我认为应该和保险丝串联一个限流电阻，限制电容的充电电流，万一哪天换个上电快内阻小的电源，那电容还不爆炸啊。

只看该作者 · 2014-12-18 12:19

艾玛，T叔都来捧场了，哈哈！上次发了一个钽电容发热的帖子，其实就是这个问题。您给了两本电容器的书，我基本看完了，还是没解决这个问题，书里还有几处我错误。比如，电脑主板电解电容爆浆问题可以通过在电解电容的管脚并联焊接一个1206的瓷介电容。我感觉不对，要这么简单的话，厂家自己就焊了。虽然瓷介电容ESR小，但是容量小，并不起多大作用。

我琢磨做开关电源和大功率LED驱动的可能也会遇到类似问题，请大家指教。所

4万 · 2014-12-18 16:07

欣赏楼主的态度，不过有些看法还是有问题的。
就钽电解而言，其ESR值本身就较大，一次性高速上电并不会导致电容爆炸，短时间内反复的高速充放电才有这个危险。所以，钽电容的适用场合有讲究，但不会对电源内阻做出要求。对电容上电阶段的充电速率有抑制要求的是在高压场合，低压电路无要求。至于说空载还是带载的充电速率问题，楼主的理解也不对，空载时比带载的充电电流更高，即使是由理想电压源供电，那也不过是相等，决没有空载充电电流更低的情况。另外，在电源回路里串电阻，这个也不是抑制充电速率的解决办法，具体情况需要具体分析。

只看该作者 · 2014-12-18 16:48

chunyang大师留步，哈哈，还有几个问题。
1.如果钽电容的ESR大的话，在TR组件工作时，岂不是在ESR上分压很大
2.保险丝的选择应该怎么算，我的算法对不对呢？还是按照他们项目组的算法，就是平均电流。
3.您觉得在这种场合采用钽电容是否合适。

3万 · 2014-12-18 17:23

峰值26A的电流脉冲并不通过楼主那个保险丝，通过保险丝的是电容的充电电流。保险丝熔断与电流有效值相关，这没有错。流过保险丝的电流是脉动的，那个TR组件工作结束时自然电流流过保险丝的电流最大(电容两端电压最低)，但随后流过保险丝的电流如何衰减，我们不知道。
所以，流过保险丝的电流有效值一定比按照26A和占空比计算的平均值要大，比按照26A和占空比计算的有效值要小。但我们不知道比平均值大多少，也就是说，不知道电流波形因数。所以，楼主只能估计，留出一定余量。好在保险丝并不是保护过流，不能电流超过额定值很短时间就切断电路，只能保护短路，所以应该放有足够余量。

3万 · 2014-12-18 17:26

“如果钽电容的ESR大的话，在TR组件工作时，岂不是在ESR上分压很大”
没错。在ESR上分压要比铝电解电容大。
所以，楼主这种工作情况，还是使用铝电解电容为宜。

只看该作者 · 2014-12-18 21:57

感谢maychang前辈指点，“保险丝不是过流保护，而是保护短路”，这句一下点醒我了。先说句题外话哈，10年的时候，您回复了我一个帖子，给我震惊的啊，我一下就知道学校模电老师还有我跟您的差距了，从此二姨是我的真正老师。。。。

书归正传

其实我的那个疑问还是没有解决，我查阅了所里所用的军用钽电容手册，220uf的ESR是0.6欧姆，也听说了所里的天线在联调时，经常出现TR组件中钽电容爆炸的情况。我怀疑就是充放电电流太大。即使用10个电容并联提供26A的电流，那一个也承担2.6A，热功耗也4w，同样，充电的时候电流也很大，为啥没爆炸呢。是因为爆炸电容发热的时间很短，又有较长的时间散热吗？假如机箱里温度升高，散热不畅，是不就更容易爆炸？

等待您的解答！同时，诚挚地请大蚂蚁也来凑热闹！

只看该作者 · 2014-12-18 22:34

各位前辈，俺先恕个罪哈。开始点名了哈！@PowerAnts @xwj @伟林电源 @HWM @NE5532

3万 · 2014-12-18 22:42

电容充电电流比放电电流小得多。
首帖你说过：“允许电源电压跌落最多10%，也就是0.9V。”那么充电电压就最多是0.9V，充电电流最大是0.9/0.5＝1.8(A)，其中0.5欧是电容ESR，即假定电路中没有其它任何电阻。这是充电电流最大值，然后充电电流还要按指数律逐渐减少。
电容爆炸是因为发热温度升高，温度升高取决于一个周期内的平均耗散功率。短暂的单个放电脉冲功率比较大，但占空比仅0.05，放电时的发热要分摊到整个周期中，平均耗散功率就比较小了。充电时的发热同样也要分摊到整个周期中。只要平均耗散功率该电容能够接受，就不至于损坏。
当然，这里还有个条件是功率脉冲足够短暂，你的电路中是25us。如果是25s，虽然占空比仍是0.05，电容也一定要损坏——第一个25s时间内就坏了。25ms是否损坏，那要看该电容的热容量。
这种现像也发生在功率三极管和功率MOS管等器件中。功率MOS管和晶闸管等功率器件往往在手册中规定单次脉冲最大电流，并且在测试条件中规定脉冲持续时间。单次脉冲的最大电流可能比持续电流大得多。

只看该作者 · 2014-12-18 23:22

看了好多遍，基本上看懂了，我再总结总结，太感谢您了！

只看该作者 · 2014-12-18 23:34

我很少盲目相信那些经验公式和经验法则，虽然模拟的东西比较说不清道不明，但也是有规律可循。从最基本的物理模型开始深挖，才能逐渐形成一种“直觉”，进而得出经验法则。发表一下感恩的话，在二姨混迹了好几年了，学了不少东西。
chunyang和maychang老师对我最大的影响就是细致地按照电路动作的详细流程去分析，对于细节的分析才能掌握宏观表现。
经常看各位前辈的贴子，有看不懂的肯定是理论功底不行，就赶紧看书去。
HWM老师和大蚂蚁的理论功底，啧啧，希望十年以后，我也能这么牛叉，哈哈！

4万 · 2014-12-18 23:39

huaiyuan 发表于 2014-12-18 16:48
chunyang大师留步，哈哈，还有几个问题。
1.如果钽电容的ESR大的话，在TR组件工作时，岂不是在ESR上分压很 ...

前面maychang讲的已经很到位，这里就仅说说该场合用钽电解是否合适的问题。
单纯从电气特性上讲，反复瞬态大电流放电的场合应该用铝电解，而且要用那种低ESL的多只并联，低压场合还可以用铝电解和大容量瓷介电容混合的办法。但是，TR组件是雷达上用的，雷达的工作条件往往比较恶劣，尤其是机载、舰载雷达，这时可靠性第一。就温度特性、机械特性等非电气特性而言，钽电解比铝电解好，而且在失效时不会释放电解液，这一点尤为重要。所以，军用和恶劣条件下的民用雷达上的滤波电容只能用钽电解。为了降低ESR的影响，所以要多只钽电解并联，同时也分散热量。
高可靠系统的设计必须考虑的面面俱到，如果发生电容爆炸，说明设计上存在严重不合理之处，要么元件品质不行，要么并联的个数不够。而且，测试要在极端应用条件下进行。也正是因此，军标元件和整机系统的价格是行外人无法想象的。

2万 · 2014-12-19 07:50

说几句：
1，输出脉冲电流不完全由这堆电容提供，电源提供多少由内阻决定，电源内的电容提供多少由容量和其ESR决定；
2，基于1，保险丝很难定量计算，maychany说的没错；
3，对电源环路的影响；
4，电容寿命问题，环境要求等等。

本人有脉冲电源，用电感储能，输出:30V，120A，脉宽1—250us, 最大占空比0.2。用于线切割

只看该作者 · 2014-12-19 10:00

现在是各种神仙云集哈。。就这个问题再往深挖一下，TR组件的盒子比较小，所以电容是分两批放的，一半在盒子里，另一半在电源这头。给组件供电是通过一米多长的电缆，由5根线径为AWG18的线并联。我怀疑这种结构有问题，电缆应该会有类似于ESL之类的影响吧？也就是离得远的这几个电容未必能快速响应并放电给组件，不知对不对？
PowerAnts 留步。。

只看该作者 · 2014-12-19 10:09

因为项目不是我负责的，所以知道的比较少，对9v电源的特性不是很明确，但是感觉电源的功率没有那么大，因为一共有20路TR组件，脉冲电流就有520A了，这么大的电流估计电源一下受不了，还是主要靠电容放电，就像是照相机里的闪光灯电容一样。
所里没人关心的这么细，一是水平不行，二是不想惹事，所以俺只能在这里等待各位前辈的解答了，不胜感激！

只看该作者 · 2014-12-19 10:29

用手机没法添加图片。。。
刚才查看了，这些军用钽电容的ESR很高，型号为CAK45的，耐压10V，4.7uf的电容，ESR是6ohm（100kHZ）。之前做模拟电路时，宽带运放的供电用4.7uf的钽电容和104的瓷介电容并联。现在回头看看，钽电容貌似不起作用了啊

2万 · 2014-12-19 15:41

几十uS的脉冲，引线的阻抗可忽略不计，脉冲电流由三部份组成：1，主楼贴图中的储能电容；2，电源端的储能电容；3，电源本身。要可靠性又要性能，先固态铝电解吧。

保险丝电容选用

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