在PC電源中電容自然也是必須的元件，在玩家群中甚至有這么一種說(shuō)法，要看一個(gè)PC電源行不行，首先就得看它的電容夠不夠大。我們姑且不說(shuō)這種說(shuō)法有沒(méi)有道理，但從這種說(shuō)法能夠廣泛流傳的情況來(lái)看，電容對于PC電源的重要性是不言而喻的。為此今天我們就來(lái)簡(jiǎn)單梳理一下PC電源里面的電容，看看它們到底起到了一些什么樣的作用。

 

PC電源里有些什么電容?

 

如果單從種類(lèi)上來(lái)說(shuō)，PC電源里的電容種類(lèi)有很多，其中體積比較大的有金屬薄膜電容、鋁電解電容和固態(tài)電容，體積小一點(diǎn)的則有陶瓷電容以及MLCC貼片電容。不過(guò)即便是同一種電容，放在不同的位置所起到的作用也是不一樣的，不同的電路對于電容的要求也各不相同，例如PFC電容所需要的電容是耐壓值高的，輸出濾波的電容則需要容量更大的，金屬薄膜電容則常用于EMI電路，因此用在不同地方的電容，也可以根據使用環(huán)境而定義為不同的電容，例如安規電容、儲能電容和濾波電容等等。

 

另外在LLC諧振拓撲中，我們也能看到有電容器件的存在，不過(guò)這種電容并不能單獨拿出來(lái)討論，因為它是LLC諧振電路的一個(gè)組成部分。我們這次主要討論的是能在電路中單獨起作用的電容，主要是安規電容、PFC主電容和輸出濾波電容三類(lèi)。

 

電源中有大量的電容存在

 

安規電容：為安全而配置

 

很多玩家都把注意力放在PFC電路的主電容上，畢竟主電容體積很大，容易吸引注意力，而且對電源的性能也有著(zhù)相對明顯的影響。但實(shí)際上市電進(jìn)入電源后，首先要進(jìn)入的其實(shí)并不是主電容，而是要經(jīng)過(guò)安規電容后才會(huì )進(jìn)入到PFC電路 的。

 

上圖中黃色電容為X電容，成對的藍色電容則是Y電容

 

安規電容一般布置電源的輸入端，對電源的性能影響其實(shí)很小，更多地是為了滿(mǎn)足電源的安規需求而配置的。其與普通電容最大的區別在于，普通電容在充電后，電荷可以保留很久，即便是斷電并放置一段時(shí)間后，用手觸摸電容的引腳也仍然會(huì )有觸電的感覺(jué);而安規電容則不存在這樣的問(wèn)題，它們在斷電后會(huì )迅速放電，即便用手觸摸也不會(huì )有觸電感，安全性很高。 正因為兩者存在這樣的差別，所以安規電容與普通電容是不能相互代替使用的。

 

PC電源中的安規電容有X電容和Y電容兩種，基本上都用在了EMI抑制電路上，其中X電容是跨接在電力線(xiàn)兩線(xiàn)之間的電容，一般選用uF級的金屬薄膜電容，用于抑制差模干擾;Y電容是跨接在電力線(xiàn)兩線(xiàn)和地線(xiàn)之間的電容，一般選用nF級電容，基本上是成對出現，用于抑制共模干擾。由于它們對電源性能影響極小，即便不做配置，短時(shí)間里也不會(huì )出現問(wèn)題，因此劣質(zhì)電源大都會(huì )省略安規電，但這種做法會(huì )讓電源的EMI抑制能力大幅度削弱，存在損壞其它硬件的風(fēng)險，除了成本更低并無(wú)其它好處。

 

PFC主電容：承擔PFC的高壓電流

 

如果說(shuō)安規電容對電源的性能影響很小，那么接下來(lái)要說(shuō)的電容就與電源性能息息相關(guān)了。首先我們來(lái)看看PFC電容，也就是我們常說(shuō)的主電容，基本上也是電源里體積最大的電容。主電容的作用是儲能和濾波，其身上三個(gè)參數重要參數，分別是耐壓、耐溫和容量。其中耐壓值指的是電容可以承受的電壓上限，主電容是整個(gè)電源中承受電壓最高的電容，因為其需要面對PFC電路輸出的高壓電流。目前主流的PC電源基本上都已經(jīng)用上了主動(dòng)式PFC電路，這實(shí)際上是一套升壓整流電路，可以將輸入交流市電轉變?yōu)殡妷焊叩拿}沖直流電，其最高電壓往往超過(guò)300V甚至達到380V的水平，因此PFC電容必須擁有較高的耐壓值，一般來(lái)說(shuō)都需要用到耐壓400V的產(chǎn)品，高端電源則會(huì )用上420V甚至是450V耐壓的主電容，有更高的冗余量和安全度。

 

耐溫則是指電容可以承受的溫度上限，一般來(lái)說(shuō)電容耐溫的耐溫越高，電容的壽命也會(huì )越長(cháng)。而電容的壽命則與電容的溫度有密切關(guān)系，工作時(shí)電容溫度越接近于耐溫值，其壽命縮減的速度就會(huì )越快，因此在同等耐壓、同等容量和同等工作環(huán)境的情況下，耐溫值更高的電容理論上會(huì )擁有更長(cháng)的工作壽命。目前主電容常見(jiàn)的耐溫值有85℃和105℃兩種，后者當然是更好的選擇，但成本也會(huì )更高，而且由于PC電源大都有風(fēng)扇進(jìn)行散熱，主電容的溫度其實(shí)很難達到耐溫值的上限，因此85℃耐溫的電容與105℃耐溫的電容在常規的使用環(huán)境中來(lái)說(shuō)其實(shí)并沒(méi)有明顯的差異，在相同的成本預算下，廠(chǎng)商會(huì )更傾向于容量更大的電容。

 

與耐壓和耐溫值相比，主電容的容量對于電源性能的影響是比較明顯的。目前主流電源所用的主動(dòng)式PFC電路輸出的高壓脈沖電流，因此電壓波形并不是連續的。如果沒(méi)有主電容與PFC電感組成的LC儲能濾波電路，那么在兩個(gè)脈沖之間的低電壓階段，就必然會(huì )導致后續電路無(wú)法穩定工作。但是如果主電容的容量不夠，那么在高負載的情況下，電路中的電壓仍然會(huì )出現很大的波動(dòng)，也容易產(chǎn)生較高的低頻紋波，會(huì )對后續電路的正常工作產(chǎn)生明顯影響。

 

大容量的電容體積也會(huì )更大，因此高端電源會(huì )用兩個(gè)電容并聯(lián)的方式獲得更高的等效容量

 

此外PC電源的保持時(shí)間也是一個(gè)很重要的評估參數，保持時(shí)間是指電源在切斷外部市電輸入后仍然能夠維持正常輸出的時(shí)間，按照英特爾的ATX12V 2.52規范的要求是滿(mǎn)載輸出的情況下，各路輸出以及PG的保持時(shí)間不小于16ms。在切斷外部輸入之后，主電容中殘留的電力就成為了后續電路的唯一能量來(lái)源，因此想要保證電源的保持時(shí)間能夠達標，電容的容量也是很關(guān)鍵的，這就是為什么說(shuō)主電容對電源性能有較大影響的主要原因。

 

那么主電容應該配置多大容量的呢?不同的電源拓撲結構對主電容的要求其實(shí)是不一樣的，例如雙管正激對容量的要求會(huì )高一些，而LLC諧振則會(huì )小一些，因此我們不能一概而論，但總體來(lái)說(shuō)還是容量大會(huì )更有優(yōu)勢的，但盲目增大主電容的容量也是不正確的，因為容量越大的電容的充電時(shí)間也會(huì )越長(cháng)，很容易會(huì )引發(fā)電源電壓上升時(shí)間過(guò)長(cháng)的問(wèn)題。所以主電容的容量一般是需要根據電源的拓撲結構、額定功率和市場(chǎng)定位等多方面的因素來(lái)進(jìn)行確定，目前業(yè)內有一個(gè)評判標準，那就是主電容的容量與額定功率之間的關(guān)系應該是“不低于每瓦0.5μF”，也就是說(shuō)一個(gè)額定功率為1000W的電源，其主電容的容量應該要不低于500μF，這樣才能保證主電容在電源中可以起到很好的儲能和濾波的作用。

 

輸出濾波電容：降低輸出紋波的主要功臣

 

除了PFC電容外，PC電源里還有一種電容是比較重要的，那就是電源的輸出濾波電容。顧名思義，輸出濾波電容是放置在輸出端的電容，主要起到濾波的作用，除了濾除輸出直流電中的交流成分外，還可以起到降低輸出紋波的作用。

 

中高端電源的+12V輸出已經(jīng)普遍采用固態(tài)電容進(jìn)行儲能和濾波

 

與主電容的作用類(lèi)似，輸出濾波電容主要承擔二次側脈沖電流的輸出儲能和濾波作用，只是承受的電壓相比主電容是要低很多，是+12V/+5V/+3.3V這樣的輸出電壓，但電流強度會(huì )更大，而且頻率會(huì )更高一些。因此輸出濾波電容一般是耐壓值比較低但容量比較大的產(chǎn)品，例如16V耐壓3300μF容量的電解電容就是一種很典型的輸出儲能濾波電容。此外由于二次側的脈沖電流頻率更高，在目前的中高端電源產(chǎn)品中已經(jīng)普遍用上了固態(tài)電容為最重要的+12V輸出進(jìn)行儲能和濾波，一來(lái)可以為其它硬件提供穩定的+12V電壓，而來(lái)固態(tài)電容在高頻下的濾波效果也會(huì )更好一些。

 

模組接口的PCB上也會(huì )有電容進(jìn)行濾波

 

此外在模組接口電源中，為了減少端口的輸出紋波和電壓波動(dòng)，模組接口PCB上也常見(jiàn)各種電容，包括固態(tài)電容和電解電容，這些電容主要是起濾波的作用，但也會(huì )具備儲能的效果。因此盡管電源的輸出濾波電容的主要作用是降低輸出紋波，但是在電源的保持時(shí)間方面也會(huì )有一定的貢獻，因此從原則上來(lái)說(shuō)，輸出濾波電容也應該是數量越多、等效容量越大，濾波和儲能的效果也會(huì )越加顯。

 

但正如主電容的容量不能盲目增大一樣，輸出濾波電容的總容量也是不能盲目增大的，因為這樣會(huì )導致電源輸出電壓的上升時(shí)間過(guò)長(cháng)，很容易引起開(kāi)機失敗、關(guān)機后自動(dòng)重啟這樣的小毛病。而且英特爾在A(yíng)TX12V 2.52電源設計指南中也明確要求，每路輸出的濾波電容總容量應該控制在3300μF左右，而之前的要求是控制在10000μF左右，顯然是希望廠(chǎng)商是通過(guò)調整前端電路的方式來(lái)獲得更好的電源性能，而不是通過(guò)加大輸出濾波電容的方式來(lái)?yè)Q取。