电解电容的选型指标

小引

电解电容器是开关电源中一次和二次回路滤波电路中最重要的器件某部。司空见惯，电解容电器的等效电路方可觉着是有滋有味容电器与寄生电感、天下乌鸦一般黑串联电阻的串联，如图1所示。

显而易见，开关电源是现时信息家电装具的显要电源，为电子设备袖珍轻便化作出终古不息的奉献。开关电源频频的小型化、轻量化和跌进，在电子设备中使用量愈来愈大，普及率越加高。对应的就要求电解电容器袖珍大容量化，耐纹波电流，翻来覆去低反抗化，高温度长人寿化和更恰切高密度组建。

1、电容量与体积

鉴于电解容电器多数使用卷绕结构，很容易扩展体积，因故单位体积电容量好生大，比另一个电容大几倍到几十倍。可是大电容量的获得是以体积的壮大为代价的，现代开关电源务求越是高的效率，越加小的体积，因此，有必要寻求新的解决办法，来取得大电容量、小体积的电容器。

在开关电源的原边如其使用有源滤波器电路，则铝电解电容器的采取环境变得比以前一发严酷：

（1）累次脉冲电流主要是20 kHz~100kHz的脉动电流，并且庞大净增；

（2）变换器的主开关管发热，造成铝电解电容器的四周围温度稳中有升；

（3）变换器多动用升压电路，为此要求耐超高压的铝电解电容器。这样一来，使用往日招术炮制的铝电解容电器，鉴于要吸纳比既往更大的脉动电流，只能精选大尺码的容电器。结荚，使电源的体积庞大，未便用来袖珍化的电子设备。为了速战速决这些偏题，务须研讨与开销一种新型的电解电容器，体积小、耐超高压，并且允许流过大量一再脉冲电流。此外，这种电解容电器，在高温环境下劳作，劳作人寿还须可比长。

2、领受温度与人寿

在开关电源计划性过程中，不可避免地要挑选适用的电容。就100μF之上的中、大容量出品来说，归因于铝电解电容的价格便宜，为此，至此应用的无上广泛。唯独， 最近几年却时有发生了昭然若揭思新求变，幸免使用铝电解电容的动静正在增多。 辈出这种转变的一个原故是，铝电解电容的寿命往往会化为全总装具的薄弱环节。电源模块打造厂家的工程师意味着：“对于铝电解电容这种寿数有限的部件，假如得以休想， 就玩命不要行使。”因为铝电解电容其间的电解液会蒸发或产生化学变化，诱致静电容量释减或一码事串联电阻（ESR）外加， 趁着时日的顺延，电容性能决然会劣化。

电解容电器的寿命与容电器长久工作的环境温度有直接提到，温度越高，电容器的寿数越短。普通的电解电容器在环境温度为90℃时现已毁掉。但是现今有不少档级的电解容电器的办事环境温度久已很高在环境温度为90℃，经过电解电容器的交流电流和额定脉冲电流的比为0.5时，人寿援例为10000h，不过倘使温度升腾到95℃时，电解电容器即早就毁掉。故此，在摘取电容器的时光，本该据悉具体的环境温度和其它的参数指标来选定，要是不经意了环境温度对容电器寿数的熏陶，这就是说电源做事的可靠性、安澜将大大降低，竟是毁损设备和仪器。就一般情况而言，电解电容器劳作在环境温度为80℃时，相似能达到10000h人寿的渴求。

一方面，电解容电器的寿数还与容电器长时间干活的交流电流与额定脉冲电流（相似是指在85℃的环境温度下测试值，然则有片段耐高温的电解容电器是在125℃时测试的额数）的比值至于。不足为奇，这个比值越大，电解电容器的寿命越短，当横过电解电容器的电流为额定电流的3.8倍时，电解容电器貌似都早就弄坏。因故，电解容电器有它的一路平安工作区，对此似的施用，当交流电流与额定脉冲电流的比率在3.0倍之下时，对此寿数的要求业经满足。环境温度和纹波电流对电解电容器的熏陶如图2所示。

3、频率特性与抵挡

对于半大输出功率开关电源的工作频率除少数因价钱画地为牢而仍采用20~40kHz外，大部分均在50kHz如上；DC/DC电源模块基本上在300kHz如上；大功率开关电源的开关频率受主开关（形似运用IGBT）的开关速度限制而貌似在20~40kHz。尽管电钮频率大相径庭，但是开关电源的输出整流滤波容电器的作用基本相同，命运攸关是经过使唤滤波电容器收执电键频率及其高次微波效率的电流重量而滤除其纹波电压毛重。

在开关电源输出端用的滤波电容，与工频电路中选用的滤波电容并不毫无二致，在工频电路中看作滤波的普通电解容电器，其上的脉动电压频率仅有100Hz，充放电岁月是毫秒数量级，为博得较小的脉动系数，索要的电容量直达数十万微法，就此诚如低频用普通铝电解容电器制作靶子是以滋长电容量为主，容电器的电容量、消耗角正切值以及漏电流是可辨其三六九等的主要参数。在电门稳压电源中看作输出滤波用的电解电容器，是因为大部的开关电源做事在方波或长方波的状态，包蕴及其丰富的高次微波电压与电流，其上锯齿波电压的频率达成数十千赫，甚至数十兆赫，它的务求和低频使唤时不同，电容量并错事重要性指标，衡量它优劣的则是它的顽抗频率特性，如图3所示。

由图力所能及，打铁趁热效率的上升，容抗骤降、感抗腾达，容抗相等感抗并彼此相抵时的频率为铝电解电容器的谐振效率，这会儿的迎击最低，仅剩下ESR。假设ESR为零，则这时的阻抗也为零；频率此起彼伏稳中有升，感抗方始凌驾容抗，当感抗相近于ESR时，反抗频率特性始起升起，呈神志，从其一频率开始如上的效率下电容器岁时上不畏一个电感。出于炮制工艺的缘由，电容量越大，寄生电感也越大，简谐运动效率也越低，容电器呈感性的效率也越低。这就务求它在电门稳压电源的劳作频道内要有低的千篇一律抵御，同时，对此电源个中，出于半导体器件始起坐班所发出达标数百千赫的终极噪音，亦能有良好的滤波表意，维妙维肖低频用普通电解容电器在10kHz左不过，其阻抗便开始显现知觉，鞭长莫及满足开关电源利用务求。

用以电门稳压电源输出整流的电解电容器，要求其招架频率特性在300kHz竟自500kHz时仍不表现腾达系列化。电解容电器ESR较低，能有效地滤除电钮稳压电源中的翻来覆去纹波和顶峰电压。而普通电解电容器在100kHz后就开头纷呈升腾大势，用以开关电源输出整流滤波功用针锋相对较差。著者在实验中意识，普通CDII型中4700μF，16V电解电容器，用以开关电源输出滤波的纹波与终极并不比CD03HF型4700μF，16V高频电解电容器的低，与此同时普通电解电容器温升对立较高。当负载为面目全非事态时，用普通电解电容器的瞬态一呼百应远不如几度电解容电器。

开关电源为了跌进而增高了工作频率的屡次化，特为是袖珍高输出开关电源中输入滤波用容电器渴求高纹波性，输出端低反抗化。要使输出滤波用电容器在再三下低抗御化，必须减退同等串联电阻。

4、纹波电流逆来顺受度

默化潜移电解电容器性能的重在的参数之一不畏纹波电流问题。纹波电流对铝电解电容器的影响非同儿戏是在ESR上发生功耗使铝电解容电器发热，跟脚浓缩使用寿命。 从特点来复线中（图2）得以见状，纹波电流在ESR上生出的消耗与纹波电流有效值的平方成正比，据此趁热打铁纹波电流的有增无减，钟头寿数法线类似于日界线因变量丙种射线。下降纹波电流的法门何尝不可使用较大容量的铝电解容电器，总归大容量铝电解容电器可收受的纹波电流比小容量的铝电解电容器大；也可以应用多只小容量铝电解电容器的并联方法，还方可选用纹波电流低的电路拓扑结构。一般说来，反激式变换器时有发生的电钮演替电流相对最大。表1是各种电钮变换器电路拓扑的直流电流、整流滤波的纹波电流、电键撤换电流和滤波电容上的总纹波电流。

表1 各种电钮变换器电路拓扑的整流滤波的纹波电流和电钮代换电流

就平板电视来说，为着能接受大电流，就急需尤其下挫电容的ESR。其青红皂白是，在数目字设备中，趁机机能的加进，电路的电流有越是大的矛头。对于在液晶电视中展开MPEG编解码坐班的图像处理电路以来，2006年一路芯片中电源电路的电流约为3A。据至于人氏预后称，为着酬对全H D （全高清等务求而附加电路的层面事后，芯片中的电流将增加到5A 横竖，再就是在2008 年前后将会落到8A~9A。

倘若ESR小，则在有大电流流淌时，电容输出电压的骤降量也小。伴随着电流外加而来的回落ESR的务求，有可能变为促进电容替换长河的任重而道远青红皂白。相对于铝电解电容靠近1Ω的ESR的话，多层陶瓷电容的ESR很小，还不到10mΩ。导电性高分子电容的ESR等闲为几十mΩ，ESR可比小的则在10mΩ之下。铝电解电容也在开支ESR正如小的品， 其ESR约摸是类同制品的1/2~1/3。

5、可靠性轻重

开关电源是一种运用电门式决定的直流稳压电源，它以袖珍、轻量和高效率的表征被广泛应用于各种通信设施、家电、微机及其终端设备。看成输入滤波和平滑用意的铝电解电容器，它的质量和可靠性直接影响到开关电源的可靠性。倘或铝电解电容器失效，就会以致电键稳压电源的故障。

开关稳压电源用铝电解容电器的失灵模式有击穿失效、挖沙失效、漏液失效及电参数超差失灵。内部击穿失灵又分成介质击穿和热击穿，对此大功率和大电流输出的开关电源用电解电容器，热击穿失灵常占势必百分比；电腐蚀引致铝引入条折和容电器芯子枯竭，使电钮稳压电源用铝电解电容器开掘失效的重中之重失灵模式；漏液是电钮稳压电源用铝电解电容器常见的失效模式，鉴于动用环境及劳作状态较严酷，常产生漏液失效；电钮稳压电源用铝电解容电器在利用中最常见的失灵模式是电容量调减、电击流叠加及损耗角正切值外加。

6、总结

在电子线路中电解容电器是短不了的，而且，就势电子设备的小型化，更其要求电解容电器兼备更好的频率特性、更低ESR、更低抵御、 更低ESL，更高耐压通性、无铅化，这也是电解电容器事后的上移系列化。小型化、大容量化的电容器得以由此运用铌、钛等行时介电素材及结构上头的刮垢磨光来达标。而低ESR、低ESL化可以经过最新电解质的开销优化工艺及构造来贯彻，再者制品将向更高的电压取向上移。 在发展日新月异的信息技术天地，电容器将一味是命运攸关部件某个，我辈将使用新技术、新材料时时刻刻地支付出吻合信息时代需求的高性能电容器。