平板電視電源用諧振電容的設計優化

廈門法拉電子股份有限公司 倪宏明

本文討論了平板電視電源用諧振電容的技術要求特點，根據現有配套的C82-630V系列的優勢和不足，提出采用C32-630V系列的針對性優化設計。經試驗測試驗證， C32-630V采用單面金屬化內串式結構，低方阻、波浪邊設計能夠滿足平板電視電源諧振電容的高紋波電流及高dv/dt的要求，并達到提高產品性價比，增強市場競爭力的目的。

前言：平板電視 FPD（Flat Panel Display）是指屏幕呈平面的電視，它是相對于傳統顯像管電視機龐大的身軀作比較而言的一類電視機，主要包括液晶顯示LCD（Liquid Crystal Display）、等離子顯示PDP（Plasma Display Panel）、有機電致發光顯示OLED（Organic Light Emitting Display）、表面傳導電子發射顯示SED（Surface-conduction Electron-emitter Display）等幾大技術類型的電視產品。平板電視與傳統的CRT電視（陰極射線管）相比，具有薄、輕、功耗小、輻射低、沒有閃爍、有利于人體健康等優點。目前，平板電視已取代CRT電視，成為市場中最為主流的產品。

平板電視定制電源的市場也隨之進行穩步和高速的發展，并逐步成為消費類定制電源主要的細分領域。隨之而來的平板電視電源用薄膜電容器需求量也相應增大，每個平板電視電源中一般會用到至少三顆薄膜電容器，其中至少用到一顆諧振電容，由于諧振電容較高的耐電流能力的要求，設計配套平板電視電源市場的高性能、低成本的諧振電容器，符合市場的發展趨勢，也可為公司效益創造新的增長點。

1 確定優化設計目標

之前我司配套平板電視電源市場的諧振電容主要為C82系列，該系列為塑料外殼雙面金屬化聚丙烯薄膜電容器，具有高頻損耗小，內部溫升低，抗脈沖能力強的特點，廣泛應用于高頻大電流、高脈沖的電路當中。但是雙面金屬化薄膜電容器性價比相對較低，市場競爭力不強。因此在滿足性能要求的前提下研發性價比更高的優化方案可以提高市場競爭力，增加公司效益。以我司某家主要的平板電視電源客戶為例，其主要使用的諧振電容為C82-630V系列，用量最大的有22nF，33nF，47nF等規格。本文主要研究針對以上規格的優化設計，為平板電視電源市場諧振電容的優化選型提供借鑒和參考。

2 平板電視電源用諧振電容器的要求和特點

平板電視電源電路簡圖如圖1所示。

其中C1位置為后端LLC諧振電容，一般的工作波形為近似正弦波，典型的工作頻率為50kHz左右。參考波形圖如圖2所示。

該使用位置對電容性能要求的特點主要有：

（1）要求電容耐高頻紋波電流能力強，發熱小、溫升低。對于電容器的耐電流能力，是通過測試產品的溫升參數來衡量。對于金屬化聚丙烯薄膜電容器，從長期使用的可靠性評估，一般約定在額定溫度范圍內電容由于流經的紋波電流引起發熱導致的溫升不超過10℃，因此產品的耐電流能力可以通過測試產品溫升△T=10℃時的有效電流值Irms來衡量。

（2）要求電容抗脈沖電流能力高。即產品的最大可允許脈沖爬升速率dv/dt值要高，按照IEC60384-16的試驗標準電容需滿足充放電10000次的試驗要求。

圖1 平板電視電源電路簡圖

圖2 諧振電容工作波形圖

我司配套的C82-630V系列，采用雙面金屬化聚丙烯膜材質，內串式結構設計，具有高頻損耗小，耐紋波電流能力強，dv/dt能力高的特點。符合該諧振位置的使用要求。其中常用的22nF，33nF，47nF規格的相關測試數據如下表1所示：

表1 C82常用規格的紋波電流及dv/dt參數

3 優化方案的構思與提出

在性能上C82可以滿足平板電視電源諧振電容的要求，但是由于雙面金屬化膜的結構特性，導致C82產品性價比較低。因此需要開發出在滿足性能要求的前提下性價比提升的優化方案。

綜合評估性價比的要求，初步構思以單面金屬化聚丙烯薄膜的C32系列為基礎的優化方案，我司C32-630V的現有設計采用的是單串式結構，與C32-630V的結構對比如圖3所示：

圖3 C82-630V與C32-630V結構對比

從圖3中可以看出，C82-630V系列是采用一張雙面金屬化聚酯膜做電極，并和一張單面金屬化聚丙烯膜和一張聚丙烯光膜卷繞形成電容器芯子，C32-630V系列是直接采用兩張金屬化聚丙烯膜卷繞而形成芯子。與C82相比，C32在產品尺寸、價格方面都有明顯的優勢。另外因為同樣采用聚丙烯膜作為電介質材料，在基本的電性能技術參數上，C32-630V規格均可以達到C82-630V的要求。

但是C82的耐紋波電流和dv/dt特性要明顯優于C32系列， C32標準規格的測試數據及與C82的對比如下表2所示：

表2 C21與C82紋波電流和dv/dt參數對比

可見，優化方案需要在C32現有設計的基礎上針對耐紋波電流和dv/dt參數進行優化：

（1）耐紋波電流能力：優化方案采用與C82相同的內串式結構，(如圖4所示)，增加聚丙烯薄膜即介質層的厚度；并降低金屬化鍍層的方阻，即增加金屬鍍層厚度，從而減小了電容器的ESR(等效串聯電阻)，降低了溫升，達到增加紋波電流能力的目的。

圖4 C32單面金屬化膜內串式結構

（2）dv/dt能力：優化方案采用波浪邊的薄膜分切技術，與傳統的直邊結構相比，波浪邊結構可以增加金屬化薄膜和噴金層的接觸面積，從而增強了電容器芯子與噴金層的接觸效果，從而加強了產品的抗脈沖電流能力，同時抗溫度沖擊、機械沖擊的能力也有提高。

4 優化方案的驗證

根據以上優化方案設計，針對平板電視電源用的C32-630V新系列的驗證情況如下表3所示：

（1）耐紋波電流能力：測試優化方案的耐紋波電流能力如下表，同比可見優化方案的耐電流能力達到甚至略優于C82性能水平。

表3 C32優化方案與C82紋波電流參數對比

（2）dv/dt能力：根據C82-630V系列dv/dt=2500V/μs要求以及IEC 60384-16標準的試驗要求，進行充放電試驗，驗證優化方案符合試驗要求。其中630V-47nF的充放電試驗數據如下表4所示，容量損耗等電參數變化都符合要求：

表4 C32-630V-47nF優化方案充放電測試數據

（3）其他電性能參數和試驗要求：經過驗證優化方案的基本電性能參數要求與C82一致，并且符合IEC-60384-16標準的相關試驗要求。

（4）產品尺寸：優化方案的產品外形尺寸以及引出線直徑均與同規格的C82系列相同，因此在客戶端可以直接替換使用，不存在裝配問題。

從以上驗證情況可以得知，C32優化方案在電性能參數、外形尺寸等方面完全可以滿足平板電視電源用諧振電容C82的替代要求，并且單面金屬化膜的特點決定了產品比雙面金屬化膜的C82具有更高的性價比，市場競爭力更強，從而達到了優化設計的目的。

5 總結

綜上所述，根據平板電視電源用諧振電容的技術要求特點，通過對現有配套的C82系列的優劣勢進行分析，針對C82性價比低的不足之處進行改進，提出采用C32單面金屬化內串式結構，低方阻、波浪邊設計的針對性優化設計。在滿足原C82規格的電性能、尺寸等要求的基礎上，提升了產品性價比，增強了我司的市場競爭力，也為今后在平板電視電源市場的薄膜電容器配套選型提供借鑒和參考。