高效率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)12 開(kāi)關(guān)電源中的電解電容器的選擇與應(yīng)用課件

開(kāi)關(guān)電源中的電解電容器的選擇與應(yīng)用陳永真遼寧工業(yè)大學(xué)0416chenyongzhen@163.co關(guān)電源中的電解電容器的選擇與應(yīng)用陳永真1電解電容器是開(kāi)關(guān)電源中的非常關(guān)鍵的元件通常，開(kāi)關(guān)電源的可靠性取決于電解電容器的性能與選擇電解電容器可以分為鋁電解電容器、鉭電解電容器和聚合物電解電容器電解電容器是開(kāi)關(guān)電源中的非常關(guān)鍵的元件通常，開(kāi)關(guān)電源的可靠性2鋁電解電容器又可分為高頻低阻抗電解電容器，主要用于開(kāi)關(guān)電源輸出濾波，以及DC/DC變換器和高電源紋波電流電子線(xiàn)路的電源旁路高壓電解電容器，主要用于開(kāi)關(guān)電源輸入整流濾波聚合物電解電容器：，主要用于開(kāi)關(guān)電源輸出濾波普通用途電解電容器，主要用于一般低電壓50Hz的整流濾波，電子線(xiàn)路的電源旁路鋁電解電容器又可分為高頻低阻抗電解電容器，主要用于開(kāi)關(guān)電源輸3鉭電解電容器主要有“標(biāo)準(zhǔn)”鉭電解電容器，一般性能的開(kāi)關(guān)電源整流輸出和電子線(xiàn)路電源旁路低阻鉭電解電容器，可以使整流輸出濾波性能比“標(biāo)準(zhǔn)”鉭電解電容器好，可以承受更高的紋波電流超低阻鉭電解電容器，性能比低阻鉭電解電容器還好，特別適用于高頻DC/DC模塊聚合物鉭電解電容器，只是很低電壓的應(yīng)用，具有電解電容器最低的阻抗喝醉高的紋波電流承受能力鉭電解電容器主要有“標(biāo)準(zhǔn)”鉭電解電容器，一般性能的開(kāi)關(guān)電源整4應(yīng)用鋁電解電容器必須考慮的問(wèn)題鋁電解電容器的失效應(yīng)用鋁電解電容器必須考慮的問(wèn)題鋁電解電容器的失效5一、鋁電解電容器失效的最主要原因電解液干涸！一、鋁電解電容器失效的最主要原因電解液干涸！61、電解液干涸的原因電解液自然揮發(fā)電解液的消耗1、電解液干涸的原因電解液自然揮發(fā)7電解液自然揮發(fā)電解液的揮發(fā)速度隨溫度的升高電解液的揮發(fā)速度與電容器的密封質(zhì)量有關(guān)，無(wú)論在高溫還是在低溫條件下都要有良好的密封性電解液自然揮發(fā)電解液的揮發(fā)速度隨溫度的升高8電解液的消耗漏電流所引起的電化學(xué)效應(yīng)消耗電解液鋁電解電容器的壽命隨漏電流增加而減少漏電流隨溫度的升高而增加：25℃時(shí)漏電流僅僅是85℃時(shí)漏電流的不到十分之一漏電流隨施加電壓升高而增加：耐壓為400V的鋁電解電容器在額定電壓下的漏電流大約是90%額定電壓下的漏電流的5倍。電解液的消耗漏電流所引起的電化學(xué)效應(yīng)消耗電解液9電解液干涸的時(shí)間就是鋁電解電容器的壽命電解液干涸的時(shí)間就是鋁電解電容器的壽命102、影響鋁電解電容器壽命的的因素（溫度1）根據(jù)鋁電解電容器的電解液的不同，鋁電解電容器的最高工作溫度可分為：一般用途：85℃一般高溫用途：105℃特殊高溫用途：125℃汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙：140~150℃2、影響鋁電解電容器壽命的的因素（溫度1）根據(jù)鋁電解電容器的11影響鋁電解電容器壽命的的因素（額定壽命小時(shí)數(shù)）按壽命小時(shí)數(shù)鋁電解電容器可以分為：一般用途（常溫，3年以?xún)?nèi)）：1000小時(shí)一般用途（常溫，希望比較長(zhǎng)的時(shí)間）：2000小時(shí)以上工業(yè)級(jí)：更長(zhǎng)的壽命小時(shí)數(shù)影響鋁電解電容器壽命的的因素（額定壽命小時(shí)數(shù)）按壽命小時(shí)數(shù)鋁12影響鋁電解電容器壽命的的因素（溫度2）溫度每升高10℃，壽命小時(shí)數(shù)減半影響鋁電解電容器壽命的的因素（溫度2）溫度每升高10℃，壽命13影響鋁電解電容器壽命的的因素（電解液）電解液的多與寡決定鋁電解電容器的壽命影響鋁電解電容器壽命的的因素（電解液）電解液的多與寡決定鋁電14影響鋁電解電容器壽命的的因素（應(yīng)用條件）高溫縮短鋁電解電容器壽命高紋波電流縮短鋁電解電容器壽命工作電壓過(guò)高縮短鋁電解電容器壽命影響鋁電解電容器壽命的的因素（應(yīng)用條件）高溫縮短鋁電解電容器15二、影響鋁電解電容器壽命的參數(shù)與應(yīng)用條件二、影響鋁電解電容器壽命的參數(shù)與應(yīng)用條件16工作電壓與漏電流的關(guān)系工作電壓與漏電流的關(guān)系17工作電壓與漏電流的關(guān)系CDE生產(chǎn)的450V/4700μF/85℃鋁電解電容器的漏電流與施加電壓的關(guān)系工作電壓與漏電流的關(guān)系CDE生產(chǎn)的450V/4700μF/818溫度與漏電流的關(guān)系CDE生產(chǎn)的450V/4700μF/85℃鋁電解電容器的漏電流與環(huán)境溫度的關(guān)系溫度與漏電流的關(guān)系CDE生產(chǎn)的450V/4700μF/85℃19溫度、電壓、紋波電流共同作用對(duì)壽命的影響以EPCOS的B43697電子鎮(zhèn)流器用鋁電解電容器為例。在不同的電壓與溫度條件下的鋁電解電容器壽命不同溫度、電壓、紋波電流共同作用對(duì)壽命的影響以EPCOS的B4320EPCOS的B43697電子鎮(zhèn)流器用

鋁電解電容器降額壽命特性EPCOS的B43697電子鎮(zhèn)流器用

鋁電解電容器降額壽命特21EPCOS的B43697電子鎮(zhèn)流器用

鋁電解電容器的過(guò)電壓壽命特性EPCOS的B43697電子鎮(zhèn)流器用

鋁電解電容器的過(guò)電壓壽22鋁電解電容器的壽命與溫度、紋波電流的關(guān)系！鋁電解電容器的壽命與溫度、紋波電流的關(guān)系！23三、開(kāi)關(guān)電源中的鋁電解電容器1輸入整流濾波2輸入旁路3輸出整流濾波三、開(kāi)關(guān)電源中的鋁電解電容器1輸入整流濾波24（一）輸入整流濾波電容器的作用1平滑整流后電壓，需要足夠的電容量、吸收來(lái)自于整流輸出的紋波電流2平滑并支撐PFC輸出電壓3為后面的逆變器提供低阻抗，旁路來(lái)自于逆變器高頻紋波電流（一）輸入整流濾波電容器的作用1平滑整流后電壓，需要足夠25（二）輸入整流濾波電容器

需要多高耐壓？85~264V交流輸入對(duì)應(yīng)最高整流輸出電壓約370V可以選擇耐壓為400V的鋁電解電容器帶有PFC的整流濾波輸出電壓380~420V，以選擇耐壓為450V的鋁電解電容器（二）輸入整流濾波電容器

需要多高耐壓？85~264V交流輸26為什么不能用400V耐壓的鋁電解電容器？主要考慮的是高溫下在額定電壓或高于額定電壓盡管鋁電解電容器可以工作，不會(huì)擊穿，但是由于在高溫下漏電流的高幅值漏電流會(huì)明顯縮短鋁電解電容器的壽命為什么不能用400V耐壓的鋁電解電容器？主要考慮的是高溫下在27（三）工頻輸入整流濾波電容器的選擇（三）工頻輸入整流濾波電容器的選擇28從整流濾波角度考慮濾波電容器整流濾波所需要的電容量；對(duì)于一般的開(kāi)關(guān)電源對(duì)整流輸出電壓紋波電壓要求考慮：220V交流輸入條件下，需要濾波電容器為1μF/W；85~264V交流輸入條件下，需要濾波電容器為3μF/W。從整流濾波角度考慮濾波電容器整流濾波所需要的電容量；29濾波電容器吸收的紋波電流對(duì)于電容輸入式濾波，濾波電容器吸收的紋波電流有效值大約為整流輸出電流平均值的2~3倍！大約為15~20mA/W。不同的電路拓?fù)渌a(chǎn)生的開(kāi)關(guān)頻率的紋波電流是不一樣的。反激式開(kāi)關(guān)電源約為12mA/W；單管正激式開(kāi)關(guān)電源約為10mA/W；橋式、推挽式開(kāi)關(guān)電源約為7mA/W。濾波電容器吸收的紋波電流對(duì)于電容輸入式濾波，濾波電容器吸收的30電解電容器能夠承受的紋波電流一個(gè)400V/100μF爪式引腳電解電容器允許流過(guò)的紋波電流在0.5~0.7A左右，其額定紋波電流承受值僅能滿(mǎn)足60W以下的開(kāi)關(guān)電源的濾波要求；一個(gè)400V/470μF爪式引腳電解電容器允許流過(guò)的紋波電流在1.7A左右，僅能滿(mǎn)足150W以下的開(kāi)關(guān)電源的濾波要求；對(duì)于220V輸入電壓等級(jí)，按1μF/W的選擇將不能滿(mǎn)足電容器所能承受的紋波電流要求，至少要達(dá)到3μF/W。也可以采用多只小電容量電容器并聯(lián)來(lái)滿(mǎn)足紋波電流要求。例如3只400V/100μF爪式引腳電解電容器的紋波電流承受能力將比400V/470μF爪式引腳電解電容器大。電解電容器能夠承受的紋波電流一個(gè)400V/100μF爪式引腳31（四）DC/DC變換器輸入旁路電容器作用：電源旁路，阻止變換器產(chǎn)生的高頻紋波電流進(jìn)入供電電源（四）DC/DC變換器輸入旁路電容器作用：電源旁路，阻止變換32（五）輸出整流濾波電容器

需要注意的問(wèn)題（五）輸出整流濾波電容器

需要注意的問(wèn)題33輸出整流濾波電容器對(duì)輸出濾波電容器的基本要求：1.在不太高的開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，為了濾除開(kāi)關(guān)頻率下的紋波電壓/紋波電流，需要考慮足夠的電容量，這時(shí)只能選擇電解電容器；2.為了濾除更高頻率的紋波電壓/紋波電流，要求輸出整流濾波電容器應(yīng)具有盡可能地的ESR、ESL。輸出整流濾波電容器對(duì)輸出濾波電容器的基本要求：34常規(guī)電解電容器存在的問(wèn)題低ESR鋁電解電容器的提出：常規(guī)鋁電解電容器的ESR太高，以1000μF/16V鋁電解電容器為例，其ESR大約為0.25Ω，在50kHz時(shí)的容抗為3.18mΩ，遠(yuǎn)低于ESR值，從濾除交流成分角度考慮，電解電容器已經(jīng)成為“電阻”，決定濾波效果將不再是電容量而是ESR！針對(duì)上面問(wèn)題，低ESR鋁電解電容器和鉭電解電容器問(wèn)世。常規(guī)電解電容器存在的問(wèn)題低ESR鋁電解電容器的提出：35低ESR鋁電解電容器低ESR鋁電解電容器的ESR可以比常規(guī)鋁電解電容器低一個(gè)數(shù)量級(jí)甚至兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因而濾波效果可以改善一個(gè)數(shù)量級(jí)；低ESR鋁電解電容器同樣存在壽命問(wèn)題特別是高溫條件下壽命更短的問(wèn)題。低ESR鋁電解電容器低ESR鋁電解電容器的ESR可以比常規(guī)鋁36四、輸出濾波電容器與電路拓?fù)涞年P(guān)系四、輸出濾波電容器與電路拓?fù)涞年P(guān)系371、反激式開(kāi)關(guān)電源的輸出濾波電容器1、反激式開(kāi)關(guān)電源的輸出濾波電容器38反激式開(kāi)關(guān)電源輸出相關(guān)波形反激式開(kāi)關(guān)電源的輸出整流二極管的電流波形

輸出濾波電容器的電流波形

反激式開(kāi)關(guān)電源輸出相關(guān)波形反激式開(kāi)關(guān)電源的輸出整流二極管的電39相關(guān)公式流過(guò)輸出整流器的峰值電流與平均值電流的關(guān)系：流過(guò)輸出整流器的有效值電流與峰值值電流的關(guān)系：流過(guò)整流器的有效值電流與平均值電流的關(guān)系：相關(guān)公式流過(guò)輸出整流器的峰值電流與平均值電流的關(guān)系：40輸出整流器的最大導(dǎo)通占空比約為0.5輸出整流器的電流峰值與輸出平均值電流之間的關(guān)系

輸出整流器的最大導(dǎo)通占空比約為0.5輸出整流器的電流峰值與輸41有效值電流于輸出電流平均值的關(guān)系為

有效值電流于輸出電流平均值的關(guān)系為42設(shè)計(jì)實(shí)例與分析

某反激式開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)參數(shù)為：電路圖拓?fù)洌悍醇な?；輸入電壓?5Vac~264Vac；工作頻率：65kHz；輸出：12V/5A；紋波電壓：50mV；CLC濾波

設(shè)計(jì)實(shí)例與分析某反激式開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)參數(shù)為：43第一級(jí)濾波電容器的選擇

對(duì)于輸出電流5A對(duì)應(yīng)的峰值電流為20A、有效值電流為14.14A，分流入濾波電容器的交流電流成分會(huì)超過(guò)6A。按最高溫度的紋波電流2倍選用電容器，濾波電容器的紋波電流之和至少要7A。25V/1000μF低ESR鋁電解電容器的額定紋波電流約為1A，需要7只并聯(lián)。如果非要5只并聯(lián)甚至4只并聯(lián)，也是可以運(yùn)行的，但是不具有長(zhǎng)期可靠性。第一級(jí)濾波電容器的選擇對(duì)于輸出電流5A對(duì)應(yīng)的峰值電流為204425℃溫度下，25V/1000μF低ESR鋁電解電容器的ESR約為0.09Ω。7只并聯(lián)對(duì)應(yīng)的ESR為129mΩ、5只并聯(lián)為180mΩ、4只并聯(lián)為225mΩ。由電流變化在ESR上產(chǎn)生的峰值電壓分別為2.59V、3.60V、4.50V。除此之外，濾波電容器的ESL還會(huì)在整流二極管開(kāi)通時(shí)由于電流的躍變而產(chǎn)生感生電勢(shì)，這個(gè)感生電勢(shì)同樣會(huì)加到濾波電容器上，因此，濾波電容器上的峰值電壓將不只是上述的2.59V、3.60V、4.50V。

25℃溫度下，25V/1000μF低ESR鋁電解電容器的ES45電壓波形如圖電壓波形如圖46第二極LC低通濾波器的設(shè)計(jì)與參數(shù)選擇

第二級(jí)需要考慮的是如何將不能滿(mǎn)足要求紋波電壓經(jīng)過(guò)LC濾波使其滿(mǎn)足要求。通常濾波電感可以選擇30~100μH，輸出濾波電容器不僅要考慮輸出紋波電壓是否可以滿(mǎn)足要求，還要考慮抑制負(fù)載電流的變化，在這里可以選擇1000μF/25V。第二極LC低通濾波器的設(shè)計(jì)與參數(shù)選擇第二級(jí)需要考慮的是如何472、正激式開(kāi)關(guān)電源的輸出濾波電容器包括單端正激開(kāi)關(guān)電源和橋式、推挽式開(kāi)關(guān)電源。端正激開(kāi)關(guān)電源由于是電感輸入式濾波方式，流入濾波電容器的電流遠(yuǎn)小于反激式開(kāi)關(guān)電源。在開(kāi)關(guān)頻率為50kHz或以下時(shí)，可以按每輸出1A電流470~1000μF考慮。更高的頻率時(shí)，主要考慮的是輸出濾波電容器能否滿(mǎn)足對(duì)紋波電壓和尖峰電壓的要求。這時(shí)濾波電容器的ESR將成為更主要的參數(shù)。2、正激式開(kāi)關(guān)電源的輸出濾波電容器包括單端正激開(kāi)關(guān)電源和橋式48五、鋁電解電容器的失效鋁電解電容器的時(shí)效可分為正常失效和早期失效。正規(guī)鋁電解電容器廠商出品的鋁電解電容器可以不考慮早期失效，在正常應(yīng)用條件下，一般可以全壽命使用。如果用戶(hù)使用不當(dāng)還是會(huì)出現(xiàn)早期失效的問(wèn)題。隨著用戶(hù)對(duì)鋁電解電容器性能指標(biāo)越來(lái)越高的追求越來(lái)越高，新型鋁電解電容器的早期失效問(wèn)題開(kāi)始顯現(xiàn)出來(lái)。五、鋁電解電容器的失效鋁電解電容器的時(shí)效可分為正常失效和早期49鋁電解電容器失效模式及其失效因素

鋁電解電容器正極、負(fù)極引出電極和外殼都是是高純鋁，鋁電解電容器的介質(zhì)是在正極表面形成的三氧化二鋁膜，真正的負(fù)極是電解液，工作時(shí)相當(dāng)一個(gè)電解槽，只不過(guò)正極表面的陽(yáng)極氧化層已經(jīng)形成，不再發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，理論上電流為零，由于電極與電解液雜質(zhì)的存在，會(huì)引起微小的漏電流。從現(xiàn)象上看，鋁電解電容器常見(jiàn)的失效現(xiàn)象與失效模式有：電解液干涸、壓力釋放裝置動(dòng)作、短路、開(kāi)路（無(wú)電容量）、漏電流過(guò)大等。鋁電解電容器失效模式及其失效因素鋁電解電容器正極、負(fù)極引出50壓力釋放裝置動(dòng)作

為了防止鋁電解電容器中電解液由于內(nèi)部高溫沸騰的氣體或電化學(xué)過(guò)程而產(chǎn)生的氣體而引起內(nèi)部高氣壓造成鋁電解電容器的爆炸。為了消除鋁電解電容器的爆炸，直徑8毫米以上的鋁電解電容器均設(shè)置了壓力釋放裝置，這些壓力釋放裝置在鋁電解電容器內(nèi)部的氣壓達(dá)到尚未使鋁電解電容器爆炸的危險(xiǎn)壓力前動(dòng)作，泄放出氣體。隨著鋁電解電容器的壓力釋放裝置的動(dòng)作，鋁電解電容器即宣告失效。

壓力釋放裝置動(dòng)作為了防止鋁電解電容器中電解液由于內(nèi)部高溫沸51鋁電解電容器壓力釋放裝置鋁電解電容器壓力釋放裝置52電化學(xué)過(guò)程導(dǎo)致壓力釋放裝置動(dòng)作

鋁電解電容器的漏電流就是電化學(xué)過(guò)程，前面已經(jīng)詳盡論述，不再贅述。電化學(xué)過(guò)程將產(chǎn)生氣體，這些氣體的聚積將造成鋁電解電容器的內(nèi)部氣壓上升，最終達(dá)到壓力釋放裝置動(dòng)作泄壓。電化學(xué)過(guò)程導(dǎo)致壓力釋放裝置動(dòng)作鋁電解電容器的漏電流就是電化53溫度過(guò)高導(dǎo)致壓力釋放裝置動(dòng)作

鋁電解電容器溫度過(guò)高可能是環(huán)境溫度過(guò)高，如鋁電解電容器附近有發(fā)熱元件或整個(gè)電子裝置就出在高溫環(huán)境；鋁電解電容器溫度過(guò)高的第二個(gè)原因是芯包溫度過(guò)高。鋁電解電容器芯包溫度過(guò)高的根本原因是鋁電解電容器流過(guò)過(guò)高的紋波電流。過(guò)高的紋波電流在鋁電解電容器的ESR中產(chǎn)生過(guò)度的損耗而產(chǎn)生過(guò)度的發(fā)熱使電解液沸騰產(chǎn)生大量氣體使鋁電解電容器內(nèi)部壓力及急劇升高時(shí)壓力釋放裝置動(dòng)作。溫度過(guò)高導(dǎo)致壓力釋放裝置動(dòng)作鋁電解電容器溫度過(guò)高可能是環(huán)境54瞬時(shí)超溫

通常鋁電解電容器的芯包核心溫度每降低10℃，其壽命將增大到原來(lái)的一倍。這個(gè)核心大致位于電容器的中心，是電容器內(nèi)部最熱的點(diǎn)?？墒?，當(dāng)電容器升溫接近其最大允許溫度時(shí)，對(duì)于大多數(shù)型號(hào)電容器在125℃時(shí)，其電解液要受到電容器芯包的排擠（driven），導(dǎo)致電容器的ESR增大到原來(lái)的10倍。在這種作用下，瞬間超溫或過(guò)電流可以使ESR永久性的增大，從而造成電容器失效。在高溫和大紋波電流的應(yīng)用中特別要警惕瞬時(shí)超溫發(fā)生的可能，還要額外注意鋁電解電容器的冷卻。瞬時(shí)超溫通常鋁電解電容器的芯包核心溫度每降低10℃，其壽命55瞬時(shí)過(guò)電壓的產(chǎn)生上電沖擊上電過(guò)程中，由于濾波電感釋放儲(chǔ)能到濾波電容器中，導(dǎo)致濾波電容器的過(guò)瞬時(shí)過(guò)電壓。

瞬時(shí)過(guò)電壓的產(chǎn)生上電沖擊56上電過(guò)電壓示意上電過(guò)電壓示意57早期失效分析開(kāi)關(guān)電源的早期失效幾乎全部由輸出濾波電解電容器造成。其原因有電容器選擇不當(dāng)；也有電容器自身的問(wèn)題。早期失效分析開(kāi)關(guān)電源的早期失效幾乎全部由輸出濾波電解電容器造58電容器選擇不當(dāng)電容器選擇不當(dāng)主要反映在反激式開(kāi)關(guān)電源方面。一般認(rèn)為反激式開(kāi)關(guān)電源的輸出濾波電解電容器中的紋波電流不十分大，但是通過(guò)實(shí)際分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)變壓器向輸出釋放儲(chǔ)能的時(shí)間約為開(kāi)關(guān)周期的一半時(shí)，流過(guò)濾波電容器的實(shí)際紋波電流將達(dá)到輸出電流平均值的129%！即使在0.6倍條件下也會(huì)超過(guò)120%！電容器選擇不當(dāng)電容器選擇不當(dāng)主要反映在反激式開(kāi)關(guān)電源方面。59也就是說(shuō)設(shè)計(jì)良好的反激式開(kāi)關(guān)電源，每輸出1A電流，輸出濾波電容器就會(huì)流過(guò)至少1.2A的紋波電流。接下來(lái)的問(wèn)題就是輸出濾波電容器可以承受多大電流？以16V/1000μF低ESR電解電容器一般均可以承受1A~1.2A的紋波電流，也就是說(shuō)對(duì)于12V輸出時(shí)沒(méi)安培需要移植或更多的濾波電解電容器才能保證電容器的正常使用。也就是說(shuō)設(shè)計(jì)良好的反激式開(kāi)關(guān)電源，每輸出1A電流，輸出濾波電60如果濾波電容器的可承受紋波電流小于這個(gè)數(shù)值，電解電容器的壽命就會(huì)明顯縮短。因此，在選擇輸出濾波電解電容器時(shí)，需要清楚所選用的電容器是否能夠滿(mǎn)足紋波電流的要求。如果濾波電容器的可承受紋波電流小于這個(gè)數(shù)值，電解電容器的壽命61電解電容器的品質(zhì)問(wèn)題在這里所說(shuō)的品質(zhì)問(wèn)題并不是漏電流問(wèn)題，而是電解電容器常規(guī)測(cè)試時(shí)是正常的，但是在應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)大量的早期失效問(wèn)題。這就是水合反應(yīng)。電解電容器的品質(zhì)問(wèn)題在這里所說(shuō)的品質(zhì)問(wèn)題并不是漏電流問(wèn)題，而62鋁電解電容器的水合反應(yīng)通過(guò)化學(xué)知識(shí)可以知道，常溫下純鋁不能與水反應(yīng)；然而，在高溫下，純鋁可以與水發(fā)生水合反應(yīng)。在拼命追求超低ESR的用戶(hù)要求大趨勢(shì)下，有些鋁電解電容器制造商為了盡可能降低電解液的電阻而增加水的比例，這就為鋁電解電容器高溫條件下的水合反應(yīng)創(chuàng)造了條件。鋁電解電容器的水合反應(yīng)通過(guò)化學(xué)知識(shí)可以知道，常溫下純鋁不能與63水合反應(yīng)的后果水合反應(yīng)會(huì)在鋁電解電容器的負(fù)極箔表面形成電阻率非常高的鋁水合物。隨著鋁水合物的增長(zhǎng)負(fù)極箔的電阻越來(lái)越大，在紋波電流作用下電解電容器的發(fā)熱就會(huì)更加劇烈，最終導(dǎo)致鋁電解電容器爆漿。如果是多個(gè)電容器并聯(lián)使用，會(huì)出現(xiàn)首先第一個(gè)爆漿，不久就是第二個(gè)、第三個(gè)…水合反應(yīng)的后果水合反應(yīng)會(huì)在鋁電解電容器的負(fù)極箔表面形成電阻率64由于水合反應(yīng)導(dǎo)致的鋁電解電容器爆漿由于水合反應(yīng)導(dǎo)致的鋁電解電容器爆漿65由于水合反應(yīng)導(dǎo)致的鋁電解電容器爆漿由于水合反應(yīng)導(dǎo)致的鋁電解電容器爆漿66由于水合反應(yīng)導(dǎo)致的鋁電解電容器爆漿由于水合反應(yīng)導(dǎo)致的鋁電解電容器爆漿67水合反應(yīng)堆解電容器爆漿的特點(diǎn)ESR數(shù)千倍的增加、電容量喪失殆盡、負(fù)極箔比容急劇降低、在顯微鏡下看會(huì)發(fā)現(xiàn)負(fù)極箔的“孔”基本被堵塞。將電解電容器拆解會(huì)看到至少是負(fù)極箔與電容器紙相粘連，甚至整個(gè)正負(fù)極箔與電容器紙相粘連。有些電解電容器制造商回復(fù)客戶(hù)時(shí)也說(shuō)上述問(wèn)題，但是說(shuō)是客戶(hù)使用溫度高造成，不承認(rèn)是電容器的品質(zhì)問(wèn)題。水合反應(yīng)堆解電容器爆漿的特點(diǎn)ESR數(shù)千倍的增加、電容量喪失殆68負(fù)極箔與電容器紙相粘連負(fù)極箔與電容器紙相粘連69高效率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)12開(kāi)關(guān)電源中的電解電容器的選擇與應(yīng)用課件70高效率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)12開(kāi)關(guān)電源中的電解電容器的選擇與應(yīng)用課件71負(fù)極箔比容下降材料分析：取解剖的正負(fù)鋁箔，測(cè)試鋁箔耐壓值.1000uF/16V：正箔耐壓下降為19.32V(SPEC≥22.0V),比容為52.49uF/cm2（49.82≤SPEC≤59.36uF/cm2）.負(fù)箔耐壓正常為1.74V(SPEC≥1.5V),比容下降為250uF/cm2（SPEC≥340uF/cm2）負(fù)極箔比容下降材料分析：取解剖的正負(fù)鋁箔，測(cè)試鋁箔耐壓值.72正常壽命終了的電解電容器負(fù)極箔不與電容器紙相粘連負(fù)極箔的比容基本不變正常壽命終了的電解電容器負(fù)極箔不與電容器紙相粘連73沒(méi)有水合反應(yīng)濾波可以與電容器紙分離沒(méi)有水合反應(yīng)濾波可以與電容器紙分離74由于用戶(hù)沒(méi)有辦法將水合反應(yīng)的早期失效作為電解電容器早期失效的證據(jù)向電解電容器制造商索賠。只有通過(guò)第三方測(cè)試電解電容器存在早期失效問(wèn)題才能作為電解電容器早期失效證據(jù)向電解電容器制造商索賠。由于用戶(hù)沒(méi)有辦法將水合反應(yīng)的早期失效作為電解電容器早期失效的75如何鑒別早期失效？將可疑的電容器置于額定溫度、額定電壓、額定紋波電流條件下測(cè)試，如果沒(méi)有達(dá)到廠商規(guī)定的壽命小時(shí)數(shù)（通常差距很大）就可以判定是早期失效。需要注意的是電解電容器的出廠批號(hào)一定和出問(wèn)題是同一批次。常有電解電容器制造商在不同的批次用不同的電解液來(lái)改善水合反應(yīng)問(wèn)題。如何鑒別早期失效？將可疑的電容器置于額定溫度、額定電壓、額定76六、購(gòu)買(mǎi)鋁電解電容器需要注意的問(wèn)題防范質(zhì)量陷阱！六、購(gòu)買(mǎi)鋁電解電容器需要注意的問(wèn)題防范質(zhì)量陷阱！77不要應(yīng)用來(lái)路不明的鋁電解電容器（1）為什么不要應(yīng)用來(lái)路不明的鋁電解電容器？最根本的原因是我國(guó)的電子元件市場(chǎng)曾經(jīng)歷過(guò)拆機(jī)件、水貨、假貨充斥市場(chǎng)情況。隨著時(shí)代的發(fā)展，這種現(xiàn)象越來(lái)越少。但是需要注意的是，半導(dǎo)體器件尚可用拆機(jī)件，而鋁電解電容器絕不能應(yīng)用拆機(jī)件！原因是鋁電解電容器的壽命在各類(lèi)電子元件中壽命是最短的。國(guó)外報(bào)廢的電子產(chǎn)品的拆機(jī)件中，鋁電解電容器的剩余壽命是最少的。如果僅僅是做實(shí)驗(yàn)還能勉強(qiáng)，如果試作產(chǎn)品，其結(jié)果是可想而知的。不要應(yīng)用來(lái)路不明的鋁電解電容器（1）為什么不要應(yīng)用來(lái)路不明78不要應(yīng)用來(lái)路不明的鋁電解電容器（2）套膜是偽劣鋁電解電容器“翻新”的常用手法。通常將買(mǎi)來(lái)的鋁電解電容器套上升兩檔標(biāo)注額定電壓的新套膜熱縮管，其印刷水平可以以假亂真。不要應(yīng)用來(lái)路不明的鋁電解電容器（2）套膜是偽劣鋁電解電容器“79鋁電解電容器的“偷電壓”由于鋁電解電容器的浪涌電壓是額定電壓的1.15倍，對(duì)于350V耐壓的鋁電解電容器的浪涌電壓為402V，高于220V+20%對(duì)應(yīng)的整流峰值電壓370V；而對(duì)于300V額定電壓的鋁電解電容器的浪涌電壓為345V，可以滿(mǎn)足243V交流有效值輸入電壓。如果用額定電壓為300V的陽(yáng)極箔替代額定電壓400V的陽(yáng)極箔將會(huì)大大降低鋁電解電容器的成本。有的鋁電解電容器生產(chǎn)廠商就是采用這種“偷電壓”的方法降低生產(chǎn)成本。鋁電解電容器的“偷電壓”由于鋁電解電容器的浪涌電壓是額定電壓80偷“電壓”的后果在一般的應(yīng)用中，為了避免過(guò)大的漏電流，延長(zhǎng)鋁電解電容器的壽命，通常要降低鋁電解電容器的使用電壓，一般取0.9以下。如果選用了偷“電壓”的鋁電解電容器就將已經(jīng)留出的電壓富裕量喪失殆盡，甚至可能使工作電壓超過(guò)額定電壓，這就使漏電流大大增加，從而大大的減少了鋁電解電容器的壽命。偷“電壓”的后果在一般的應(yīng)用中，為了避免過(guò)大的漏電流，延長(zhǎng)81拆機(jī)件拆機(jī)件通常是國(guó)外報(bào)廢的電子設(shè)備上的元件，如果拆的精心，多數(shù)器件經(jīng)過(guò)篩選在一般性能上看還是可以用的。唯有鋁電解電容器是絕對(duì)不能用的。其原因是，鋁電解電容器的壽命相對(duì)而言太短了，在額定溫度下僅1000~4000小時(shí)盡管大多數(shù)鋁電解電容器生產(chǎn)廠商宣稱(chēng)在40℃可以用10年甚至幾十年，但是應(yīng)用環(huán)境是不可預(yù)知的，如顯示器的內(nèi)部溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止45℃！因此，幾年下來(lái)，鋁電解電容器所剩下的有效壽命一般很低，不能用于電子產(chǎn)品。拆機(jī)件拆機(jī)件通常是國(guó)外報(bào)廢的電子設(shè)備上的元件，如果拆的精心，82翻新鋁電解電容器翻新鋁電解電容器也比較惡劣，通常是收集國(guó)外下線(xiàn)鋁電解電容器，重新浸電解液后封裝。盡管?chē)?guó)外著名鋁電解電容器檢測(cè)比國(guó)內(nèi)嚴(yán)格，有些下線(xiàn)的鋁電解電容器性能還是接近于國(guó)內(nèi)正品率電解電容器。但是，其性能還是不如國(guó)內(nèi)正牌鋁電解電容器。翻新鋁電解電容器翻新鋁電解電容器也比較惡劣，通常是收集國(guó)外下83下線(xiàn)電容器（一）在國(guó)內(nèi)電子市場(chǎng)上可以看到下線(xiàn)鋁電解電容器，通常是一些不負(fù)責(zé)任的銷(xiāo)售商為了獲得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，到鋁電解電容器生產(chǎn)廠收購(gòu)下線(xiàn)鋁電解電容器，剔除沒(méi)有電容量和擊穿的后拿到市場(chǎng)上銷(xiāo)售。下線(xiàn)鋁電解電容器的特點(diǎn)是，用萬(wàn)用表測(cè)試電容量是正常的。但是如果測(cè)試漏電流則會(huì)看到下線(xiàn)的鋁電解電容器的漏電流和損耗因數(shù)高于正品鋁電解電容器。而漏電流和損耗因數(shù)用戶(hù)一般是不測(cè)試的。下線(xiàn)電容器（一）在國(guó)內(nèi)電子市場(chǎng)上可以看到下線(xiàn)鋁電解電容器，通84下線(xiàn)電容器（二）這種下線(xiàn)的鋁電解電容器作為耦合電容器時(shí)會(huì)導(dǎo)致后極的偏置電壓偏移，但是又找不出原因；如果用于延遲應(yīng)用時(shí)，會(huì)出現(xiàn)延遲時(shí)間明顯小于設(shè)定值或延遲時(shí)間不穩(wěn)定的現(xiàn)象，這是因?yàn)殇X電解電容器在施加直流電壓后漏電流回見(jiàn)效的原因。由于下線(xiàn)鋁電解電容器的漏電流大，實(shí)際壽命明顯短于預(yù)期壽命，例如預(yù)期壽命為5年，實(shí)際上只有2~3年。這在電子產(chǎn)品的使用初期是根本看不到的。從這里也會(huì)看到9000系列質(zhì)量認(rèn)證的重要性。如果下線(xiàn)鋁電解電容器用在大紋波電流或高溫的應(yīng)用是極其危險(xiǎn)的，其原因是過(guò)高的漏電流會(huì)導(dǎo)致鋁電解電容器在大紋波電流或高溫應(yīng)用時(shí)的溫度更高，輕者壽命縮短，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致鋁電解電容器“爆漿”而失效。下線(xiàn)電容器（二）這種下線(xiàn)的鋁電解電容器作為耦合電容器時(shí)會(huì)導(dǎo)致85套膜電容器套膜是偽劣鋁電解電容器“翻新”的常用手法。通常將買(mǎi)來(lái)的鋁電解電容器套上升兩檔標(biāo)注額定電壓的新套膜熱縮管，其印刷水平可以以假亂真。例如將額定電壓250V的鋁電解電容器換上額定電壓400V的鋁電解電容器，這樣的鋁電解電容器的“價(jià)值”將翻番甚至更高。套膜鋁電解電容之制造這就是鉆了應(yīng)用時(shí)通常要電壓降額的習(xí)慣，在電壓降額后可能正好是套膜鋁電解電容器的浪涌電壓值，在這個(gè)電壓下，套膜鋁電解電容器還是能用一段時(shí)間的。套膜電容器套膜是偽劣鋁電解電容器“翻新”的常用手法。通常將買(mǎi)86國(guó)外電解電容器廠商的問(wèn)題有的國(guó)外鋁電解電容器制造商在為發(fā)達(dá)國(guó)家供貨時(shí)是優(yōu)質(zhì)電解電容器。而為我國(guó)供貨時(shí)的電容量總是負(fù)偏差，其質(zhì)量不如為發(fā)達(dá)國(guó)家供貨的品質(zhì)。其原因除了有歧視我國(guó)外，最主要的是在我國(guó)，他們的鋁電解電容器買(mǎi)不出價(jià)格，只能在偷電容量上補(bǔ)償。為了降低在我國(guó)市場(chǎng)的售價(jià)，國(guó)外鋁電解電容器生產(chǎn)廠商往往推出的是壽命相對(duì)短的“經(jīng)濟(jì)型”鋁電解電容器，如CDE就轉(zhuǎn)為我國(guó)推出2000小時(shí)的鋁電解電容器，這是在歐美市場(chǎng)上看不到的，因此，不要以為國(guó)外的鋁電解電容器壽命都長(zhǎng)。國(guó)外電解電容器廠商的問(wèn)題有的國(guó)外鋁電解電容器制造商在為發(fā)達(dá)國(guó)87測(cè)試鋁電解電容器耐壓的簡(jiǎn)單方法可能性：鋁電解電容器的介質(zhì)膜是通過(guò)陽(yáng)極氧化方式獲得，因此，短時(shí)間的小電流“擊穿”不會(huì)損壞鋁電解電容器基本方法：將鋁電解電容器串聯(lián)一10k電阻；緩緩增加所施加的電壓，保持充電電流在1mA以下（對(duì)應(yīng)電阻上的電壓低于10V），直到即使不繼續(xù)增加所施加的電壓電流仍不降低時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓就是電解電容器的擊穿電壓；這個(gè)電壓的90%就是電解電容器的額定電壓這種方法只適用于鋁電解電容器測(cè)試鋁電解電容器耐壓的簡(jiǎn)單方法可能性：鋁電解電容器的介質(zhì)膜是88測(cè)試電路測(cè)試電路89購(gòu)買(mǎi)鋁電解電容器的準(zhǔn)則到具有信譽(yù)的鋁電解電容器生產(chǎn)廠商處或到有信譽(yù)的著名鋁電解電容器制造商的代理機(jī)構(gòu)購(gòu)買(mǎi)。盡量不要到電子市場(chǎng)或信譽(yù)不足的代理機(jī)構(gòu)處購(gòu)買(mǎi)。購(gòu)買(mǎi)鋁電解電容器的準(zhǔn)則到具有信譽(yù)的鋁電解電容器生產(chǎn)廠商處或到90國(guó)產(chǎn)正規(guī)鋁電解電容器的現(xiàn)狀隨著鋁電解電容器整體制造水平的提高，合格的電解電容器的壽命至少在2000小時(shí)以上；4000甚至8000小時(shí)的鋁電解電容器也不稀奇；低ESR、超低ESR鋁電解電容器也是常見(jiàn)的，關(guān)鍵是要買(mǎi)可信的品牌和型號(hào)。國(guó)產(chǎn)正規(guī)鋁電解電容器的現(xiàn)狀隨著鋁電解電容器整體制造水平的提高91更詳盡的敘述見(jiàn)08年6月科學(xué)出版社出版的“電容器手冊(cè)”更詳盡的敘述見(jiàn)08年6月科學(xué)出版社出版的“電容器手冊(cè)”92謝謝！讓我們繼續(xù)努力！0416chenyongzhen@163.co謝！讓我們繼續(xù)努力！93開(kāi)關(guān)電源中的電解電容器的選擇與應(yīng)用陳永真遼寧工業(yè)大學(xué)0416chenyongzhen@163.co關(guān)電源中的電解電容器的選擇與應(yīng)用陳永真94電解電容器是開(kāi)關(guān)電源中的非常關(guān)鍵的元件通常，開(kāi)關(guān)電源的可靠性取決于電解電容器的性能與選擇電解電容器可以分為鋁電解電容器、鉭電解電容器和聚合物電解電容器電解電容器是開(kāi)關(guān)電源中的非常關(guān)鍵的元件通常，開(kāi)關(guān)電源的可靠性95鋁電解電容器又可分為高頻低阻抗電解電容器，主要用于開(kāi)關(guān)電源輸出濾波，以及DC/DC變換器和高電源紋波電流電子線(xiàn)路的電源旁路高壓電解電容器，主要用于開(kāi)關(guān)電源輸入整流濾波聚合物電解電容器：，主要用于開(kāi)關(guān)電源輸出濾波普通用途電解電容器，主要用于一般低電壓50Hz的整流濾波，電子線(xiàn)路的電源旁路鋁電解電容器又可分為高頻低阻抗電解電容器，主要用于開(kāi)關(guān)電源輸96鉭電解電容器主要有“標(biāo)準(zhǔn)”鉭電解電容器，一般性能的開(kāi)關(guān)電源整流輸出和電子線(xiàn)路電源旁路低阻鉭電解電容器，可以使整流輸出濾波性能比“標(biāo)準(zhǔn)”鉭電解電容器好，可以承受更高的紋波電流超低阻鉭電解電容器，性能比低阻鉭電解電容器還好，特別適用于高頻DC/DC模塊聚合物鉭電解電容器，只是很低電壓的應(yīng)用，具有電解電容器最低的阻抗喝醉高的紋波電流承受能力鉭電解電容器主要有“標(biāo)準(zhǔn)”鉭電解電容器，一般性能的開(kāi)關(guān)電源整97應(yīng)用鋁電解電容器必須考慮的問(wèn)題鋁電解電容器的失效應(yīng)用鋁電解電容器必須考慮的問(wèn)題鋁電解電容器的失效98一、鋁電解電容器失效的最主要原因電解液干涸！一、鋁電解電容器失效的最主要原因電解液干涸！991、電解液干涸的原因電解液自然揮發(fā)電解液的消耗1、電解液干涸的原因電解液自然揮發(fā)100電解液自然揮發(fā)電解液的揮發(fā)速度隨溫度的升高電解液的揮發(fā)速度與電容器的密封質(zhì)量有關(guān)，無(wú)論在高溫還是在低溫條件下都要有良好的密封性電解液自然揮發(fā)電解液的揮發(fā)速度隨溫度的升高101電解液的消耗漏電流所引起的電化學(xué)效應(yīng)消耗電解液鋁電解電容器的壽命隨漏電流增加而減少漏電流隨溫度的升高而增加：25℃時(shí)漏電流僅僅是85℃時(shí)漏電流的不到十分之一漏電流隨施加電壓升高而增加：耐壓為400V的鋁電解電容器在額定電壓下的漏電流大約是90%額定電壓下的漏電流的5倍。電解液的消耗漏電流所引起的電化學(xué)效應(yīng)消耗電解液102電解液干涸的時(shí)間就是鋁電解電容器的壽命電解液干涸的時(shí)間就是鋁電解電容器的壽命1032、影響鋁電解電容器壽命的的因素（溫度1）根據(jù)鋁電解電容器的電解液的不同，鋁電解電容器的最高工作溫度可分為：一般用途：85℃一般高溫用途：105℃特殊高溫用途：125℃汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)艙：140~150℃2、影響鋁電解電容器壽命的的因素（溫度1）根據(jù)鋁電解電容器的104影響鋁電解電容器壽命的的因素（額定壽命小時(shí)數(shù)）按壽命小時(shí)數(shù)鋁電解電容器可以分為：一般用途（常溫，3年以?xún)?nèi)）：1000小時(shí)一般用途（常溫，希望比較長(zhǎng)的時(shí)間）：2000小時(shí)以上工業(yè)級(jí)：更長(zhǎng)的壽命小時(shí)數(shù)影響鋁電解電容器壽命的的因素（額定壽命小時(shí)數(shù)）按壽命小時(shí)數(shù)鋁105影響鋁電解電容器壽命的的因素（溫度2）溫度每升高10℃，壽命小時(shí)數(shù)減半影響鋁電解電容器壽命的的因素（溫度2）溫度每升高10℃，壽命106影響鋁電解電容器壽命的的因素（電解液）電解液的多與寡決定鋁電解電容器的壽命影響鋁電解電容器壽命的的因素（電解液）電解液的多與寡決定鋁電107影響鋁電解電容器壽命的的因素（應(yīng)用條件）高溫縮短鋁電解電容器壽命高紋波電流縮短鋁電解電容器壽命工作電壓過(guò)高縮短鋁電解電容器壽命影響鋁電解電容器壽命的的因素（應(yīng)用條件）高溫縮短鋁電解電容器108二、影響鋁電解電容器壽命的參數(shù)與應(yīng)用條件二、影響鋁電解電容器壽命的參數(shù)與應(yīng)用條件109工作電壓與漏電流的關(guān)系工作電壓與漏電流的關(guān)系110工作電壓與漏電流的關(guān)系CDE生產(chǎn)的450V/4700μF/85℃鋁電解電容器的漏電流與施加電壓的關(guān)系工作電壓與漏電流的關(guān)系CDE生產(chǎn)的450V/4700μF/8111溫度與漏電流的關(guān)系CDE生產(chǎn)的450V/4700μF/85℃鋁電解電容器的漏電流與環(huán)境溫度的關(guān)系溫度與漏電流的關(guān)系CDE生產(chǎn)的450V/4700μF/85℃112溫度、電壓、紋波電流共同作用對(duì)壽命的影響以EPCOS的B43697電子鎮(zhèn)流器用鋁電解電容器為例。在不同的電壓與溫度條件下的鋁電解電容器壽命不同溫度、電壓、紋波電流共同作用對(duì)壽命的影響以EPCOS的B43113EPCOS的B43697電子鎮(zhèn)流器用

鋁電解電容器降額壽命特性EPCOS的B43697電子鎮(zhèn)流器用

鋁電解電容器降額壽命特114EPCOS的B43697電子鎮(zhèn)流器用

鋁電解電容器的過(guò)電壓壽命特性EPCOS的B43697電子鎮(zhèn)流器用

鋁電解電容器的過(guò)電壓壽115鋁電解電容器的壽命與溫度、紋波電流的關(guān)系！鋁電解電容器的壽命與溫度、紋波電流的關(guān)系！116三、開(kāi)關(guān)電源中的鋁電解電容器1輸入整流濾波2輸入旁路3輸出整流濾波三、開(kāi)關(guān)電源中的鋁電解電容器1輸入整流濾波117（一）輸入整流濾波電容器的作用1平滑整流后電壓，需要足夠的電容量、吸收來(lái)自于整流輸出的紋波電流2平滑并支撐PFC輸出電壓3為后面的逆變器提供低阻抗，旁路來(lái)自于逆變器高頻紋波電流（一）輸入整流濾波電容器的作用1平滑整流后電壓，需要足夠118（二）輸入整流濾波電容器

需要多高耐壓？85~264V交流輸入對(duì)應(yīng)最高整流輸出電壓約370V可以選擇耐壓為400V的鋁電解電容器帶有PFC的整流濾波輸出電壓380~420V，以選擇耐壓為450V的鋁電解電容器（二）輸入整流濾波電容器

需要多高耐壓？85~264V交流輸119為什么不能用400V耐壓的鋁電解電容器？主要考慮的是高溫下在額定電壓或高于額定電壓盡管鋁電解電容器可以工作，不會(huì)擊穿，但是由于在高溫下漏電流的高幅值漏電流會(huì)明顯縮短鋁電解電容器的壽命為什么不能用400V耐壓的鋁電解電容器？主要考慮的是高溫下在120（三）工頻輸入整流濾波電容器的選擇（三）工頻輸入整流濾波電容器的選擇121從整流濾波角度考慮濾波電容器整流濾波所需要的電容量；對(duì)于一般的開(kāi)關(guān)電源對(duì)整流輸出電壓紋波電壓要求考慮：220V交流輸入條件下，需要濾波電容器為1μF/W；85~264V交流輸入條件下，需要濾波電容器為3μF/W。從整流濾波角度考慮濾波電容器整流濾波所需要的電容量；122濾波電容器吸收的紋波電流對(duì)于電容輸入式濾波，濾波電容器吸收的紋波電流有效值大約為整流輸出電流平均值的2~3倍！大約為15~20mA/W。不同的電路拓?fù)渌a(chǎn)生的開(kāi)關(guān)頻率的紋波電流是不一樣的。反激式開(kāi)關(guān)電源約為12mA/W；單管正激式開(kāi)關(guān)電源約為10mA/W；橋式、推挽式開(kāi)關(guān)電源約為7mA/W。濾波電容器吸收的紋波電流對(duì)于電容輸入式濾波，濾波電容器吸收的123電解電容器能夠承受的紋波電流一個(gè)400V/100μF爪式引腳電解電容器允許流過(guò)的紋波電流在0.5~0.7A左右，其額定紋波電流承受值僅能滿(mǎn)足60W以下的開(kāi)關(guān)電源的濾波要求；一個(gè)400V/470μF爪式引腳電解電容器允許流過(guò)的紋波電流在1.7A左右，僅能滿(mǎn)足150W以下的開(kāi)關(guān)電源的濾波要求；對(duì)于220V輸入電壓等級(jí)，按1μF/W的選擇將不能滿(mǎn)足電容器所能承受的紋波電流要求，至少要達(dá)到3μF/W。也可以采用多只小電容量電容器并聯(lián)來(lái)滿(mǎn)足紋波電流要求。例如3只400V/100μF爪式引腳電解電容器的紋波電流承受能力將比400V/470μF爪式引腳電解電容器大。電解電容器能夠承受的紋波電流一個(gè)400V/100μF爪式引腳124（四）DC/DC變換器輸入旁路電容器作用：電源旁路，阻止變換器產(chǎn)生的高頻紋波電流進(jìn)入供電電源（四）DC/DC變換器輸入旁路電容器作用：電源旁路，阻止變換125（五）輸出整流濾波電容器

需要注意的問(wèn)題（五）輸出整流濾波電容器

需要注意的問(wèn)題126輸出整流濾波電容器對(duì)輸出濾波電容器的基本要求：1.在不太高的開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，為了濾除開(kāi)關(guān)頻率下的紋波電壓/紋波電流，需要考慮足夠的電容量，這時(shí)只能選擇電解電容器；2.為了濾除更高頻率的紋波電壓/紋波電流，要求輸出整流濾波電容器應(yīng)具有盡可能地的ESR、ESL。輸出整流濾波電容器對(duì)輸出濾波電容器的基本要求：127常規(guī)電解電容器存在的問(wèn)題低ESR鋁電解電容器的提出：常規(guī)鋁電解電容器的ESR太高，以1000μF/16V鋁電解電容器為例，其ESR大約為0.25Ω，在50kHz時(shí)的容抗為3.18mΩ，遠(yuǎn)低于ESR值，從濾除交流成分角度考慮，電解電容器已經(jīng)成為“電阻”，決定濾波效果將不再是電容量而是ESR！針對(duì)上面問(wèn)題，低ESR鋁電解電容器和鉭電解電容器問(wèn)世。常規(guī)電解電容器存在的問(wèn)題低ESR鋁電解電容器的提出：128低ESR鋁電解電容器低ESR鋁電解電容器的ESR可以比常規(guī)鋁電解電容器低一個(gè)數(shù)量級(jí)甚至兩個(gè)數(shù)量級(jí)，因而濾波效果可以改善一個(gè)數(shù)量級(jí)；低ESR鋁電解電容器同樣存在壽命問(wèn)題特別是高溫條件下壽命更短的問(wèn)題。低ESR鋁電解電容器低ESR鋁電解電容器的ESR可以比常規(guī)鋁129四、輸出濾波電容器與電路拓?fù)涞年P(guān)系四、輸出濾波電容器與電路拓?fù)涞年P(guān)系1301、反激式開(kāi)關(guān)電源的輸出濾波電容器1、反激式開(kāi)關(guān)電源的輸出濾波電容器131反激式開(kāi)關(guān)電源輸出相關(guān)波形反激式開(kāi)關(guān)電源的輸出整流二極管的電流波形

輸出濾波電容器的電流波形

反激式開(kāi)關(guān)電源輸出相關(guān)波形反激式開(kāi)關(guān)電源的輸出整流二極管的電132相關(guān)公式流過(guò)輸出整流器的峰值電流與平均值電流的關(guān)系：流過(guò)輸出整流器的有效值電流與峰值值電流的關(guān)系：流過(guò)整流器的有效值電流與平均值電流的關(guān)系：相關(guān)公式流過(guò)輸出整流器的峰值電流與平均值電流的關(guān)系：133輸出整流器的最大導(dǎo)通占空比約為0.5輸出整流器的電流峰值與輸出平均值電流之間的關(guān)系

輸出整流器的最大導(dǎo)通占空比約為0.5輸出整流器的電流峰值與輸134有效值電流于輸出電流平均值的關(guān)系為

有效值電流于輸出電流平均值的關(guān)系為135設(shè)計(jì)實(shí)例與分析

某反激式開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)參數(shù)為：電路圖拓?fù)洌悍醇な?；輸入電壓?5Vac~264Vac；工作頻率：65kHz；輸出：12V/5A；紋波電壓：50mV；CLC濾波

設(shè)計(jì)實(shí)例與分析某反激式開(kāi)關(guān)電源的技術(shù)參數(shù)為：136第一級(jí)濾波電容器的選擇

對(duì)于輸出電流5A對(duì)應(yīng)的峰值電流為20A、有效值電流為14.14A，分流入濾波電容器的交流電流成分會(huì)超過(guò)6A。按最高溫度的紋波電流2倍選用電容器，濾波電容器的紋波電流之和至少要7A。25V/1000μF低ESR鋁電解電容器的額定紋波電流約為1A，需要7只并聯(lián)。如果非要5只并聯(lián)甚至4只并聯(lián)，也是可以運(yùn)行的，但是不具有長(zhǎng)期可靠性。第一級(jí)濾波電容器的選擇對(duì)于輸出電流5A對(duì)應(yīng)的峰值電流為2013725℃溫度下，25V/1000μF低ESR鋁電解電容器的ESR約為0.09Ω。7只并聯(lián)對(duì)應(yīng)的ESR為129mΩ、5只并聯(lián)為180mΩ、4只并聯(lián)為225mΩ。由電流變化在ESR上產(chǎn)生的峰值電壓分別為2.59V、3.60V、4.50V。除此之外，濾波電容器的ESL還會(huì)在整流二極管開(kāi)通時(shí)由于電流的躍變而產(chǎn)生感生電勢(shì)，這個(gè)感生電勢(shì)同樣會(huì)加到濾波電容器上，因此，濾波電容器上的峰值電壓將不只是上述的2.59V、3.60V、4.50V。

25℃溫度下，25V/1000μF低ESR鋁電解電容器的ES138電壓波形如圖電壓波形如圖139第二極LC低通濾波器的設(shè)計(jì)與參數(shù)選擇

第二級(jí)需要考慮的是如何將不能滿(mǎn)足要求紋波電壓經(jīng)過(guò)LC濾波使其滿(mǎn)足要求。通常濾波電感可以選擇30~100μH，輸出濾波電容器不僅要考慮輸出紋波電壓是否可以滿(mǎn)足要求，還要考慮抑制負(fù)載電流的變化，在這里可以選擇1000μF/25V。第二極LC低通濾波器的設(shè)計(jì)與參數(shù)選擇第二級(jí)需要考慮的是如何1402、正激式開(kāi)關(guān)電源的輸出濾波電容器包括單端正激開(kāi)關(guān)電源和橋式、推挽式開(kāi)關(guān)電源。端正激開(kāi)關(guān)電源由于是電感輸入式濾波方式，流入濾波電容器的電流遠(yuǎn)小于反激式開(kāi)關(guān)電源。在開(kāi)關(guān)頻率為50kHz或以下時(shí)，可以按每輸出1A電流470~1000μF考慮。更高的頻率時(shí)，主要考慮的是輸出濾波電容器能否滿(mǎn)足對(duì)紋波電壓和尖峰電壓的要求。這時(shí)濾波電容器的ESR將成為更主要的參數(shù)。2、正激式開(kāi)關(guān)電源的輸出濾波電容器包括單端正激開(kāi)關(guān)電源和橋式141五、鋁電解電容器的失效鋁電解電容器的時(shí)效可分為正常失效和早期失效。正規(guī)鋁電解電容器廠商出品的鋁電解電容器可以不考慮早期失效，在正常應(yīng)用條件下，一般可以全壽命使用。如果用戶(hù)使用不當(dāng)還是會(huì)出現(xiàn)早期失效的問(wèn)題。隨著用戶(hù)對(duì)鋁電解電容器性能指標(biāo)越來(lái)越高的追求越來(lái)越高，新型鋁電解電容器的早期失效問(wèn)題開(kāi)始顯現(xiàn)出來(lái)。五、鋁電解電容器的失效鋁電解電容器的時(shí)效可分為正常失效和早期142鋁電解電容器失效模式及其失效因素

鋁電解電容器正極、負(fù)極引出電極和外殼都是是高純鋁，鋁電解電容器的介質(zhì)是在正極表面形成的三氧化二鋁膜，真正的負(fù)極是電解液，工作時(shí)相當(dāng)一個(gè)電解槽，只不過(guò)正極表面的陽(yáng)極氧化層已經(jīng)形成，不再發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，理論上電流為零，由于電極與電解液雜質(zhì)的存在，會(huì)引起微小的漏電流。從現(xiàn)象上看，鋁電解電容器常見(jiàn)的失效現(xiàn)象與失效模式有：電解液干涸、壓力釋放裝置動(dòng)作、短路、開(kāi)路（無(wú)電容量）、漏電流過(guò)大等。鋁電解電容器失效模式及其失效因素鋁電解電容器正極、負(fù)極引出143壓力釋放裝置動(dòng)作

為了防止鋁電解電容器中電解液由于內(nèi)部高溫沸騰的氣體或電化學(xué)過(guò)程而產(chǎn)生的氣體而引起內(nèi)部高氣壓造成鋁電解電容器的爆炸。為了消除鋁電解電容器的爆炸，直徑8毫米以上的鋁電解電容器均設(shè)置了壓力釋放裝置，這些壓力釋放裝置在鋁電解電容器內(nèi)部的氣壓達(dá)到尚未使鋁電解電容器爆炸的危險(xiǎn)壓力前動(dòng)作，泄放出氣體。隨著鋁電解電容器的壓力釋放裝置的動(dòng)作，鋁電解電容器即宣告失效。

壓力釋放裝置動(dòng)作為了防止鋁電解電容器中電解液由于內(nèi)部高溫沸144鋁電解電容器壓力釋放裝置鋁電解電容器壓力釋放裝置145電化學(xué)過(guò)程導(dǎo)致壓力釋放裝置動(dòng)作

鋁電解電容器的漏電流就是電化學(xué)過(guò)程，前面已經(jīng)詳盡論述，不再贅述。電化學(xué)過(guò)程將產(chǎn)生氣體，這些氣體的聚積將造成鋁電解電容器的內(nèi)部氣壓上升，最終達(dá)到壓力釋放裝置動(dòng)作泄壓。電化學(xué)過(guò)程導(dǎo)致壓力釋放裝置動(dòng)作鋁電解電容器的漏電流就是電化146溫度過(guò)高導(dǎo)致壓力釋放裝置動(dòng)作

鋁電解電容器溫度過(guò)高可能是環(huán)境溫度過(guò)高，如鋁電解電容器附近有發(fā)熱元件或整個(gè)電子裝置就出在高溫環(huán)境；鋁電解電容器溫度過(guò)高的第二個(gè)原因是芯包溫度過(guò)高。鋁電解電容器芯包溫度過(guò)高的根本原因是鋁電解電容器流過(guò)過(guò)高的紋波電流。過(guò)高的紋波電流在鋁電解電容器的ESR中產(chǎn)生過(guò)度的損耗而產(chǎn)生過(guò)度的發(fā)熱使電解液沸騰產(chǎn)生大量氣體使鋁電解電容器內(nèi)部壓力及急劇升高時(shí)壓力釋放裝置動(dòng)作。溫度過(guò)高導(dǎo)致壓力釋放裝置動(dòng)作鋁電解電容器溫度過(guò)高可能是環(huán)境147瞬時(shí)超溫

通常鋁電解電容器的芯包核心溫度每降低10℃，其壽命將增大到原來(lái)的一倍。這個(gè)核心大致位于電容器的中心，是電容器內(nèi)部最熱的點(diǎn)?？墒?，當(dāng)電容器升溫接近其最大允許溫度時(shí)，對(duì)于大多數(shù)型號(hào)電容器在125℃時(shí)，其電解液要受到電容器芯包的排擠（driven），導(dǎo)致電容器的ESR增大到原來(lái)的10倍。在這種作用下，瞬間超溫或過(guò)電流可以使ESR永久性的增大，從而造成電容器失效。在高溫和大紋波電流的應(yīng)用中特別要警惕瞬時(shí)超溫發(fā)生的可能，還要額外注意鋁電解電容器的冷卻。瞬時(shí)超溫通常鋁電解電容器的芯包核心溫度每降低10℃，其壽命148瞬時(shí)過(guò)電壓的產(chǎn)生上電沖擊上電過(guò)程中，由于濾波電感釋放儲(chǔ)能到濾波電容器中，導(dǎo)致濾波電容器的過(guò)瞬時(shí)過(guò)電壓。

瞬時(shí)過(guò)電壓的產(chǎn)生上電沖擊149上電過(guò)電壓示意上電過(guò)電壓示意150早期失效分析開(kāi)關(guān)電源的早期失效幾乎全部由輸出濾波電解電容器造成。其原因有電容器選擇不當(dāng)；也有電容器自身的問(wèn)題。早期失效分析開(kāi)關(guān)電源的早期失效幾乎全部由輸出濾波電解電容器造151電容器選擇不當(dāng)電容器選擇不當(dāng)主要反映在反激式開(kāi)關(guān)電源方面。一般認(rèn)為反激式開(kāi)關(guān)電源的輸出濾波電解電容器中的紋波電流不十分大，但是通過(guò)實(shí)際分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)：當(dāng)變壓器向輸出釋放儲(chǔ)能的時(shí)間約為開(kāi)關(guān)周期的一半時(shí)，流過(guò)濾波電容器的實(shí)際紋波電流將達(dá)到輸出電流平均值的129%！即使在0.6倍條件下也會(huì)超過(guò)120%！電容器選擇不當(dāng)電容器選擇不當(dāng)主要反映在反激式開(kāi)關(guān)電源方面。152也就是說(shuō)設(shè)計(jì)良好的反激式開(kāi)關(guān)電源，每輸出1A電流，輸出濾波電容器就會(huì)流過(guò)至少1.2A的紋波電流。接下來(lái)的問(wèn)題就是輸出濾波電容器可以承受多大電流？以16V/1000μF低ESR電解電容器一般均可以承受1A~1.2A的紋波電流，也就是說(shuō)對(duì)于12V輸出時(shí)沒(méi)安培需要移植或更多的濾波電解電容器才能保證電容器的正常使用。也就是說(shuō)設(shè)計(jì)良好的反激式開(kāi)關(guān)電源，每輸出1A電流，輸出濾波電153如果濾波電容器的可承受紋波電流小于這個(gè)數(shù)值，電解電容器的壽命就會(huì)明顯縮短。因此，在選擇輸出濾波電解電容器時(shí)，需要清楚所選用的電容器是否能夠滿(mǎn)足紋波電流的要求。如果濾波電容器的可承受紋波電流小于這個(gè)數(shù)值，電解電容器的壽命154電解電容器的品質(zhì)問(wèn)題在這里所說(shuō)的品質(zhì)問(wèn)題并不是漏電流問(wèn)題，而是電解電容器常規(guī)測(cè)試時(shí)是正常的，但是在應(yīng)用時(shí)出現(xiàn)大量的早期失效問(wèn)題。這就是水合反應(yīng)。電解電容器的品質(zhì)問(wèn)題在這里所說(shuō)的品質(zhì)問(wèn)題并不是漏電流問(wèn)題，而155鋁電解電容器的水合反應(yīng)通過(guò)化學(xué)知識(shí)可以知道，常溫下純鋁不能與水反應(yīng)；然而，在高溫下，純鋁可以與水發(fā)生水合反應(yīng)。在拼命追求超低ESR的用戶(hù)要求大趨勢(shì)下，有些鋁電解電容器制造商為了盡可能降低電解液的電阻而增加水的比例，這就為鋁電解電容器高溫條件下的水合反應(yīng)創(chuàng)造了條件。鋁電解電容器的水合反應(yīng)通過(guò)化學(xué)知識(shí)可以知道，常溫下純鋁不能與156水合反應(yīng)的后果水合反應(yīng)會(huì)在鋁電解電容器的負(fù)極箔表面形成電阻率非常高的鋁水合物。隨著鋁水合物的增長(zhǎng)負(fù)極箔的電阻越來(lái)越大，在紋波電流作用下電解電容器的發(fā)熱就會(huì)更加劇烈，最終導(dǎo)致鋁電解電容器爆漿。如果是多個(gè)電容器并聯(lián)使用，會(huì)出現(xiàn)首先第一個(gè)爆漿，不久就是第二個(gè)、第三個(gè)…水合反應(yīng)的后果水合反應(yīng)會(huì)在鋁電解電容器的負(fù)極箔表面形成電阻率157由于水合反應(yīng)導(dǎo)致的鋁電解電容器爆漿由于水合反應(yīng)導(dǎo)致的鋁電解電容器爆漿158由于水合反應(yīng)導(dǎo)致的鋁電解電容器爆漿由于水合反應(yīng)導(dǎo)致的鋁電解電容器爆漿159由于水合反應(yīng)導(dǎo)致的鋁電解電容器爆漿由于水合反應(yīng)導(dǎo)致的鋁電解電容器爆漿160水合反應(yīng)堆解電容器爆漿的特點(diǎn)ESR數(shù)千倍的增加、電容量喪失殆盡、負(fù)極箔比容急劇降低、在顯微鏡下看會(huì)發(fā)現(xiàn)負(fù)極箔的“孔”基本被堵塞。將電解電容器拆解會(huì)看到至少是負(fù)極箔與電容器紙相粘連，甚至整個(gè)正負(fù)極箔與電容器紙相粘連。有些電解電容器制造商回復(fù)客戶(hù)時(shí)也說(shuō)上述問(wèn)題，但是說(shuō)是客戶(hù)使用溫度高造成，不承認(rèn)是電容器的品質(zhì)問(wèn)題。水合反應(yīng)堆解電容器爆漿的特點(diǎn)ESR數(shù)千倍的增加、電容量喪失殆161負(fù)極箔與電容器紙相粘連負(fù)極箔與電容器紙相粘連162高效率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)12開(kāi)關(guān)電源中的電解電容器的選擇與應(yīng)用課件163高效率開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)12開(kāi)關(guān)電源中的電解電容器的選擇與應(yīng)用課件164負(fù)極箔比容下降材料分析：取解剖的正負(fù)鋁箔，測(cè)試鋁箔耐壓值.1000uF/16V：正箔耐壓下降為19.32V(SPEC≥22.0V),比容為52.49uF/cm2（49.82≤SPEC≤59.36uF/cm2）.負(fù)箔耐壓正常為1.74V(SPEC≥1.5V),比容下降為250uF/cm2（SPEC≥340uF/cm2）負(fù)極箔比容下降材料分析：取解剖的正負(fù)鋁箔，測(cè)試鋁箔耐壓值.165正常壽命終了的電解電容器負(fù)極箔不與電容器紙相粘連負(fù)極箔的比容基本不變正常壽命終了的電解電容器負(fù)極箔不與電容器紙相粘連166沒(méi)有水合反應(yīng)濾波可以與電容器紙分離沒(méi)有水合反應(yīng)濾波可以與電容器紙分離167由于用戶(hù)沒(méi)有辦法將水合反應(yīng)的早期失效作為電解電容器早期失效的證據(jù)向電解電容器制造商索賠。只有通過(guò)第三方測(cè)試電解電容器存在早期失效問(wèn)題才能作為電解電容器早期失效證據(jù)向電解電容器制造商索賠。由于用戶(hù)沒(méi)有辦法將水合反應(yīng)的早期失效作為電解電容器早期失效的168如何鑒別早期失效？將可疑的電容器置于額定溫度、額定電壓、額定紋波電流條件下測(cè)試，如果沒(méi)有達(dá)到廠商規(guī)定的壽命小時(shí)數(shù)（通常差距很大）就可以判定是早期失效。需要注意的是電解電容器的出廠批號(hào)一定和出問(wèn)題是同一批次。常有電解電容器制造商在不同的批次用不同的電解液來(lái)改善水合反應(yīng)問(wèn)題。如何鑒別早期失效？將可疑的電容器置于額定溫度、額定電壓、額定169六、購(gòu)買(mǎi)鋁電解電容器需要注意的問(wèn)題防范質(zhì)量陷阱！六、購(gòu)買(mǎi)鋁電解電容器需要注意的問(wèn)題防范質(zhì)量陷阱！170不要應(yīng)用來(lái)路不明的鋁電解電容器（1）為什么不要應(yīng)用來(lái)路不明的鋁電解電容器？最根本的原因是我國(guó)的電子元件市場(chǎng)曾經(jīng)歷過(guò)拆機(jī)件、水貨、假貨充斥市場(chǎng)情況。隨著時(shí)代的發(fā)展，這種現(xiàn)象越來(lái)越少。但是需要注意的是，半導(dǎo)體器件尚可用拆機(jī)件，而鋁電解電容器絕不能應(yīng)用拆機(jī)件！原因是鋁電解電容器的壽命在各類(lèi)電子元件中壽命是最短的。國(guó)外報(bào)廢的電子產(chǎn)品的拆機(jī)件中，鋁電解電容器的剩余壽命是最少的。如果僅僅是做實(shí)驗(yàn)還能勉強(qiáng)，如果試作產(chǎn)品，其結(jié)果是可想而知的。不要應(yīng)用來(lái)路不明的鋁電解電容器（1）為什么不要應(yīng)用來(lái)路不明171不要應(yīng)用來(lái)路不明的鋁電解電容器（2）套膜是偽劣鋁電解電容器“翻新”的常用手法。通常將買(mǎi)來(lái)的鋁電解電容器套上升兩檔標(biāo)注額定電壓的新套膜熱縮管，其印刷水平可以以假亂真。不要應(yīng)用來(lái)路不明的鋁電解電容器（2）套膜是偽劣鋁電解電容器“172鋁電解電容器的“偷電壓”由于鋁電解電容器的浪涌電壓是額定電壓的1.15倍，對(duì)于350V耐壓的鋁電解電容器的浪涌電壓為402V，高于220V+20%對(duì)應(yīng)的整流峰值電壓370V；而對(duì)于300V額定電壓的鋁電解電容器的浪涌電壓為345V，可以滿(mǎn)足243V交流有效值輸入電壓。如果用額定電壓為300V的陽(yáng)極箔替代額定電壓400V的陽(yáng)極箔將會(huì)大大降低鋁電解電容器的成本。有的鋁電解電容器生產(chǎn)廠商就是采用