一、电解电容器先容
电解电容器可算作是由二个极板组成，个中作为阳极板的是采取特定的阀金属(铝、钽、铌等金属)，并在该金属表面上借助于电化学方法天生一极薄且具有单引导电性的氧化膜作为介质，而阴极板常日是采取能天生和修复介质氧化膜的液状或固状的电解质。
电解电容器是开关电源中一次和二次回路滤波电路中最主要的器件之一。常日，电解电容器的等效电路可以认为是阳极箔的容量、破坏的阳极氧化膜绝缘电阻、详细有单引导电性的阳极氧化膜（相称于二极管）并联，与电极和引出端子的电阻，阳极氧化膜与电解质的电阻，阴极箔容量，电极及引出端子所引出的等效电感的串联，如图1所示。
图1 电解电容器的等效电路
开关电源不断的小型化、轻便化、集成电路模块化和高效率，在电子设备中利用量越来越大，遍及率越来越高。相应的就哀求电解电容器小型大容量化，高温度龟龄命化，耐大纹波电流，高频低阻抗化和更适应高密度组装。
二、电解电容器性能哀求
小体积、大容量
由于电解电容器阳极为堕落多孔的阀金属且表面天生一层极薄的介质氧化膜，多数采取卷绕构造，很随意马虎扩大体积，因此单位体积电容量非常大，比其它电容大几倍到几十倍。但是大电容量的获取因此体积的扩大为代价的，当代开关电源哀求越来越高的效率，越来越小的体积，因此，有必要寻求新的办理办法，来得到大电容量、小体积的电容器。
在开关电源的原边一旦采取有源滤波器电路，则铝电解电容器的利用环境变得比以前更为严厉：
（1）高频脉冲电流紧张是20 kHz~100kHz的脉动电流，而且大幅度增加；
（2）变换器的主开关管发热，导致铝电解电容器的周围温度升高；
（3）变换器多采取升压电路，因此哀求耐高压的铝电解电容器。
这样一来，利用以往技能制造的铝电解电容器，由于要接管比以往更大的脉动电流，不得不选择大尺寸的电容器。结果，使电源的体积弘大，难以用于小型化的电子设备。为理解决这些难题，必须研究与开拓一种新型的电解电容器，体积小、耐高压，并且许可流过大量高频脉冲电流。其余，这种电解电容器，在高温环境下事情，事情寿命还须比较长。
高温、龟龄命化
在开关电源设计过程中，不可避免地要挑选适用的电容。就100μF以上的中、大容量产品来说，由于铝电解电容的价格便宜，以是，迄今利用的最为广泛。
电解电容器的寿命与电容器长期事情的环境温度有直接关系，温度越高，电容器的寿命越短。普通的电解电容器在环境温度为90℃时已经破坏，如：EPCOS B41303，B43303等型号的电解电容器。
但是现在有很多种类的电解电容器的事情环境温度已经很高，如B43502在环境温度为90℃，通过电解电容器的互换电流和额定脉冲电流的比为0.5时，寿命仍旧为10000h，但是如果温度上升到95℃时，电解电容器即已经破坏。因此，在选择电容器的时候，该当根据详细的环境温度和其它的参数指标来选定，如果忽略了环境温度对电容器寿命的影响，那么电源事情的可靠性、稳定性将大大降落，乃至破坏设备和仪器。
就一样平常情形而言，电解电容器事情在环境温度为80℃时，一样平常能达到10000h寿命的哀求。
另一方面，电解电容器的寿命还与电容器永劫光事情的互换电流与额定脉冲电流（一样平常是指在85℃的环境温度下测试值，但是有一些耐高温的电解电容器是在125℃时测试的数据）的比值有关。一样平常说来，这个比值越大，电解电容器的寿命越短，当流过电解电容器的电流为额定电流的3.8倍时，电解电容器一样平常都已经破坏。
以是，电解电容器有它的安全事情区，对付一样平常运用，当互换电流与额定脉冲电流的比值在3.0倍以下时，对付寿命的哀求已经知足。环境温度和纹波电流对电解电容器的影响如图2所示。
图2 EPCOS的B43564铝电解电容器的寿命与温度、纹波电流的关系
高频低阻抗化
对付中小输出功率开关电源的事情频率除少数因价格限定而仍采取20~40kHz外，大多数均在50kHz以上；DC/DC电源模块大多在300kHz以上；大功率开关电源的开关频率受主开关（一样平常采取IGBT）的开关速率限定而一样平常在20~40kHz。
只管开关频率有所不同，但是开关电源的输出整流滤波电容器的浸染基本相同，紧张是通过利用滤波电容器接管开关频率及其高次谐波频率的电流分量而滤除其纹波电压分量。
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一样，在工频电路中用作滤波的普通电解电容器，其上的脉动电压频率仅有100Hz，充放电韶光是毫秒数量级，为得到较小的脉动系数，须要的电容量高达数十万微法，因而一样平常低频用普通铝电解电容器制造目标因此提高电容量为主，电容器的电容量、损耗角正切值以及泄电流是鉴别其利害的紧张参数。
在开关稳压电源中作为输出滤波用的电解电容器，由于大多数的开关电源事情在方波或矩形波的状态，含有及其丰富的高次谐波电压与电流，其上锯齿波电压的频率高达数十千赫，乃至数十兆赫，它的哀求和低频运用时不同，电容量并不是紧张指标，衡量它好坏的则是它的阻抗频率特性，如图3所示。
图3 某47μF/350V铝电解电容器的阻抗频率特性
由图可知，随着频率的升高，容抗低落、感抗上升，容抗即是感抗并相互抵消时的频率为铝电解电容器的谐振频率，这时的阻抗最低，仅剩下ESR。如果ESR为零，则这时的阻抗也为零；频率连续上升，感抗开始大于容抗，当感抗靠近于ESR时，阻抗频率特性开始上升，呈感性，从这个频率开始以上的频率下电容器韶光上便是一个电感。
由于制造工艺的缘故原由，电容量越大，寄生电感也越大，谐振频率也越低，电容器呈感性的频率也越低。这就哀求它在开关稳压电源的事情频段内要有低的等效阻抗，同时，对付电源内部，由于半导体器件开始事情所产生高达数百千赫的尖峰噪声，亦能有良好的滤波浸染，一样平常低频用普通电解电容器在10kHz旁边，其阻抗便开始呈现感性，无法知足开关电源利用哀求。
用于开关稳压电源输出整流的电解电容器，哀求其阻抗频率特性在300kHz乃至500kHz时仍不呈现上升趋势。电解电容器ESR较低，能有效地滤除开关稳压电源中的高频纹波和尖峰电压。而普通电解电容器在100kHz后就开始呈现上升趋势，用于开关电源输出整流滤波效果相对较差。
通过实验可创造，普通CDII型中4700μF,16V电解电容器，用于开关电源输出滤波的纹波与尖峰并不比CD03HF型4700μF,16V高频电解电容器的低，同时普通电解电容器温升相对较高。当负载为突变情形时，用普通电解电容器的瞬态相应远不如高频电解电容器。
开关电源为了高效率而提高了事情频率的高频化，特殊是小型高输出开关电源中输入滤波用电容器哀求高纹波性，输出端低阻抗化。要使输出滤波用电容器在高频下低阻抗化，必须降落等效串联电阻。
耐纹波电流
影响电解电容器性能的最紧张的参数之一便是纹波电流问题。纹波电流对铝电解电容器的影响紧张是在ESR上产生功耗使铝电解电容器发热，进而缩短利用寿命。
降落纹波电流的方法可以采取较大容量的铝电解电容器，毕竟大容量铝电解电容器可承受的纹波电流比小容量的铝电解电容器大；也可以采取多只小容量铝电解电容器的并联办法，还可以选用纹波电流低的电路拓扑构造。
一样平常而言，反激式变换器产生的开关变换电流相对最大。表1是各种开关变换器电路拓扑的直流电流、整流滤波的纹波电流、开关变换电流和滤波电容上的总纹波电流。
表1各种开关变换器电路拓扑的整流滤波的纹波电流和开关变换电流
就平板电视来说，为了能承受大电流，就须要进一步降落电容的ESR。其缘故原由是，在数字 设备中，随着功能的增加，电路的电流有越来越大的趋势。
对付在液晶电视中进行MPEG编解码事情的图像处理电路来说，2006年一块芯片中电源电路的电流约为3A。据调查，为了应对全H D (全高清)等哀求而增大电路的规模往后，芯片中的电流将增加到8A~9A旁边。
如果ESR小，则在有大电流流动时，电容输出电压的低落量也小。伴随着电流增大而来的降落ESR的哀求，有可能成为推进电容更换进程的紧张缘故原由。相对付铝电解电容将近1Ω的ESR来说，多层陶瓷电容的ESR很小，还不到10mΩ。导电性高分子电容的ESR常日为几十mΩ，ESR比较小的则在10mΩ以下。铝电解电容也在开拓ESR比较小的产品, 其ESR大约是一样平常产品的1/2~1/3。
高可靠性
开关电源是一种采取开关式掌握的直流稳压电源，它以小型、轻量和高效率的特点被广泛运用于各种通信设备、家用电器、打算机及其终端设备。
作为输入滤波和平滑浸染的铝电解电容器，它的质量和可靠性直接影响到开关电源的可靠性。一旦铝电解电容器失落效，就会导致开关稳压电源的故障。
开关稳压电源用铝电解电容器的失落效模式有击穿失落效、开路失落效、漏液失落效及电参数超差失落效：
击穿失落效又分为介质击穿和热击穿，对付大功率和大电流输出的开关电源用电解电容器，热击穿失落效常占一定比例；
电堕落导致铝引出条断裂和电容器芯子干涸，使开关稳压电源用铝电解电容器开路失落效的紧张失落效模式；
漏液是开关稳压电源用铝电解电容器常见的失落效模式，由于利用环境及事情状态较严厉，常发生漏液失落效；
开关稳压电源用铝电解电容器在利用中最常见的失落效模式是电容量减少、泄电流增大及损耗角正切值增大。
三、总结
在电子线路中电解电容器是必不可少的，随着电子设备的小型化，越来越哀求电解电容用具有更好的频率特性、温度特性、更低ESR、更低ESL、 更耐纹波电流、更高耐压性能、无铅化，这也是电解电容器今后的发展方向。
小型化、大容量化的电容器可以通过利用新型高介电材料及构造方面的改进来达到。而低ESR、低ESL化可以通过新型电解质的开拓优化工艺及布局来实现，同时产品将向更高的电压方向发展。
来源：网络
看完文章后你可以
搜索做事号环球电气资源，获取更多电气专业知识及视频！
