平板电视电源用谐振电容的设计优化

厦门法拉电子股份有限公司 倪宏明

本文讨论了平板电视电源用谐振电容的技术要求特点，根据现有配套的C82-630V系列的优势和不足，提出采用C32-630V系列的针对性优化设计。经试验测试验证， C32-630V采用单面金属化内串式结构，低方阻、波浪边设计能够满足平板电视电源谐振电容的高纹波电流及高dv/dt的要求，并达到提高产品性价比，增强市场竞争力的目的。

前言：平板电视 FPD（Flat Panel Display）是指屏幕呈平面的电视，它是相对于传统显像管电视机庞大的身躯作比较而言的一类电视机，主要包括液晶显示LCD（Liquid Crystal Display）、等离子显示PDP（Plasma Display Panel）、有机电致发光显示OLED（Organic Light Emitting Display）、表面传导电子发射显示SED（Surface-conduction Electron-emitter Display）等几大技术类型的电视产品。平板电视与传统的CRT电视（阴极射线管）相比，具有薄、轻、功耗小、辐射低、没有闪烁、有利于人体健康等优点。目前，平板电视已取代CRT电视，成为市场中最为主流的产品。

平板电视定制电源的市场也随之进行稳步和高速的发展，并逐步成为消费类定制电源主要的细分领域。随之而来的平板电视电源用薄膜电容器需求量也相应增大，每个平板电视电源中一般会用到至少三颗薄膜电容器，其中至少用到一颗谐振电容，由于谐振电容较高的耐电流能力的要求，设计配套平板电视电源市场的高性能、低成本的谐振电容器，符合市场的发展趋势，也可为公司效益创造新的增长点。

1 确定优化设计目标

之前我司配套平板电视电源市场的谐振电容主要为C82系列，该系列为塑料外壳双面金属化聚丙烯薄膜电容器，具有高频损耗小，内部温升低，抗脉冲能力强的特点，广泛应用于高频大电流、高脉冲的电路当中。但是双面金属化薄膜电容器性价比相对较低，市场竞争力不强。因此在满足性能要求的前提下研发性价比更高的优化方案可以提高市场竞争力，增加公司效益。以我司某家主要的平板电视电源客户为例，其主要使用的谐振电容为C82-630V系列，用量最大的有22nF，33nF，47nF等规格。本文主要研究针对以上规格的优化设计，为平板电视电源市场谐振电容的优化选型提供借鉴和参考。

2 平板电视电源用谐振电容器的要求和特点

平板电视电源电路简图如图1所示。

其中C1位置为后端LLC谐振电容，一般的工作波形为近似正弦波，典型的工作频率为50kHz左右。参考波形图如图2所示。

该使用位置对电容性能要求的特点主要有：

（1）要求电容耐高频纹波电流能力强，发热小、温升低。对于电容器的耐电流能力，是通过测试产品的温升参数来衡量。对于金属化聚丙烯薄膜电容器，从长期使用的可靠性评估，一般约定在额定温度范围内电容由于流经的纹波电流引起发热导致的温升不超过10℃，因此产品的耐电流能力可以通过测试产品温升△T=10℃时的有效电流值Irms来衡量。

（2）要求电容抗脉冲电流能力高。即产品的最大可允许脉冲爬升速率dv/dt值要高，按照IEC60384-16的试验标准电容需满足充放电10000次的试验要求。

图1 平板电视电源电路简图

图2 谐振电容工作波形图

我司配套的C82-630V系列，采用双面金属化聚丙烯膜材质，内串式结构设计，具有高频损耗小，耐纹波电流能力强，dv/dt能力高的特点。符合该谐振位置的使用要求。其中常用的22nF，33nF，47nF规格的相关测试数据如下表1所示：

表1 C82常用规格的纹波电流及dv/dt参数

3 优化方案的构思与提出

在性能上C82可以满足平板电视电源谐振电容的要求，但是由于双面金属化膜的结构特性，导致C82产品性价比较低。因此需要开发出在满足性能要求的前提下性价比提升的优化方案。

综合评估性价比的要求，初步构思以单面金属化聚丙烯薄膜的C32系列为基础的优化方案，我司C32-630V的现有设计采用的是单串式结构，与C32-630V的结构对比如图3所示：

图3 C82-630V与C32-630V结构对比

从图3中可以看出，C82-630V系列是采用一张双面金属化聚酯膜做电极，并和一张单面金属化聚丙烯膜和一张聚丙烯光膜卷绕形成电容器芯子，C32-630V系列是直接采用两张金属化聚丙烯膜卷绕而形成芯子。与C82相比，C32在产品尺寸、价格方面都有明显的优势。另外因为同样采用聚丙烯膜作为电介质材料，在基本的电性能技术参数上，C32-630V规格均可以达到C82-630V的要求。

但是C82的耐纹波电流和dv/dt特性要明显优于C32系列， C32标准规格的测试数据及与C82的对比如下表2所示：

表2 C21与C82纹波电流和dv/dt参数对比

可见，优化方案需要在C32现有设计的基础上针对耐纹波电流和dv/dt参数进行优化：

（1）耐纹波电流能力：优化方案采用与C82相同的内串式结构，(如图4所示)，增加聚丙烯薄膜即介质层的厚度；并降低金属化镀层的方阻，即增加金属镀层厚度，从而减小了电容器的ESR(等效串联电阻)，降低了温升，达到增加纹波电流能力的目的。

图4 C32单面金属化膜内串式结构

（2）dv/dt能力：优化方案采用波浪边的薄膜分切技术，与传统的直边结构相比，波浪边结构可以增加金属化薄膜和喷金层的接触面积，从而增强了电容器芯子与喷金层的接触效果，从而加强了产品的抗脉冲电流能力，同时抗温度冲击、机械冲击的能力也有提高。

4 优化方案的验证

根据以上优化方案设计，针对平板电视电源用的C32-630V新系列的验证情况如下表3所示：

（1）耐纹波电流能力：测试优化方案的耐纹波电流能力如下表，同比可见优化方案的耐电流能力达到甚至略优于C82性能水平。

表3 C32优化方案与C82纹波电流参数对比

（2）dv/dt能力：根据C82-630V系列dv/dt=2500V/μs要求以及IEC 60384-16标准的试验要求，进行充放电试验，验证优化方案符合试验要求。其中630V-47nF的充放电试验数据如下表4所示，容量损耗等电参数变化都符合要求：

表4 C32-630V-47nF优化方案充放电测试数据

（3）其他电性能参数和试验要求：经过验证优化方案的基本电性能参数要求与C82一致，并且符合IEC-60384-16标准的相关试验要求。

（4）产品尺寸：优化方案的产品外形尺寸以及引出线直径均与同规格的C82系列相同，因此在客户端可以直接替换使用，不存在装配问题。

从以上验证情况可以得知，C32优化方案在电性能参数、外形尺寸等方面完全可以满足平板电视电源用谐振电容C82的替代要求，并且单面金属化膜的特点决定了产品比双面金属化膜的C82具有更高的性价比，市场竞争力更强，从而达到了优化设计的目的。

5 总结

综上所述，根据平板电视电源用谐振电容的技术要求特点，通过对现有配套的C82系列的优劣势进行分析，针对C82性价比低的不足之处进行改进，提出采用C32单面金属化内串式结构，低方阻、波浪边设计的针对性优化设计。在满足原C82规格的电性能、尺寸等要求的基础上，提升了产品性价比，增强了我司的市场竞争力，也为今后在平板电视电源市场的薄膜电容器配套选型提供借鉴和参考。