电解电容器的特点与参数

２．电解电容器的特点

　　●结构：以阀金属“Al、Ta、Nb、Ti”为板极，以其氧化膜为介质，以电解液为实际阴极

　　●工作反应：阳极不断形成氧化膜、阴极析氢，称之为"电解"的电化反应，故称电解电容器也属电化器件

　　●特点：单位体积容量大，损耗与漏电相对较大

　　●应用：滤波、隔直、耦合、去耦、马达启动、镇流器、闪光灯、变频器用、蓄能、高频低阻抗……

３．主要参数

　　●容量C：以μF为单位

　　●工作电压WV：低压-100V以下，中压-160~330V，高压-400V及以上

　　●损耗tanδ： 纯C I超前U90°

　　　　　　　　　损耗功率P=Uicos90°=0

　　　　　　　　　tanδ与频率有关通常标准检测以100或120Hz为准（T20℃）

　　　　　　　　　实际C还存在L（卷绕及分布电感）

　　　　　　　　　f必须＜f0使用频率有上限如不采取措施（结构）电解电容器仅能用于10KHz以下。

　　通常Z概括各种因素，既反应电容器本身在电路中的作用，又能从它的温频特性好坏分析电容器工艺结构是否合理，因此频率特性多用Z或ESR讨论。 

　　●漏电流IL

　　铝电解电容器介质氧化膜（Al2O3）绝缘体、耐压高770KV/mm，非电解介质耐压10~100KV/mm。

　　但电解电容器的介质完整性不好，有离子性（缺位填隙）导电因而IL高且与CV有关，IL=KCV 其中K取0.01, 0.03, …… l 

　　●Z（ESR）及最大允许脉动电流

　　电解电容器工作时不仅有直流IL某些场合且有倍频（电源滤波）或更高频脉动电流（开关电源等）

　　产生额外的发热与耗损，为工作正常及寿命应限定，同时也限定了高频特性。

　　普通品以10KHz的Z

　　高频低阻抗以100KHz/500KHz的Z或ESR来限定 在一定允许脉动电路下

　　●寿命 电解电容器的耗损主要受T影响（电压、脉动电流）

２．开关电源：体积小、功耗小、效率高的稳压电源，其稳压调节管仅工作在开和关两个状态，因此而得名。 

ａ. 普通串联型线型调压稳压电源

　　普通整流滤波电路产生一般直流电压E1，随电网波动有波动。

　　某些电路需要高质量的直流电源电压，因而需加稳定部分产生稳定电压E0，彩电的行场扫描、伴音输出等。

　　稳压的原理是：稳压输出E0=E1-调压管两端电压，当电网波动引起E1变化时，调正管两端电压可以自动变化抵消E1的变化维持E0不变，Q控制调压管两端电压受其栅电位控制，若E0有变化，例如ΔE0（+）升，取样电路便把ΔE0的变化通过取样电路取出与一个基准（标准不变的电位）电压比较，通过比较放大器使栅电位下降，Q端电压上升，E0下降，若ΔE0（-）下降，便使栅电压上升，Q端电压下降，E0上升。 

　　由于这种稳压电路的控制调正管工作在有电流电压的状态，有功耗P=IV，所以效率较低，一般约在50%，且有电源变压器体积大，也是功耗大，效率低的原因。

ｂ. 开关稳压电源

　　它的电路特点是取消了电源变压器，直接将电网电压整流滤波，有一个脉冲发生器产生脉冲波去控制调压管Q的栅极电位。

　　调压管Q周期 有开关脉冲控制交替的处于"饱和导通"和"截止"两个状态，即"开""关"两个状态。开时可近似使Q管两端电压为0，关时可使E1整个降在Q管上，也就是输出端无电压输出。这样Q管的输出电压E2实际上是一个大的方波脉冲，经过滤波电路后才形成E0。

　　t1为调正管的导通时间，也即开关脉冲的宽度。

　　t2为调正管的截止时间，也即开关脉冲的间隔。

　　t1+t2=T 脉冲周期

　　它的稳压电路的原理是E0高了某ΔE0，通过取样电路将此变化与基准电位比较，由比较放大器输出 一个信号使脉冲调宽电路将开关脉冲的宽度t1降低，使E0下降，若E0低于某ΔE0，同样使t1增加，使E0上升，而保持E0不变。

　　由一于这种稳压电源调压管仅工作在"开""关"状态，开时有电流无电压，关时有电压无电流，功耗P=IV≥0，再加上取消了电源变压器，因而使功率整体下降，效率上升（可达80-90%），且体积大幅缩小。而且稳压范围宽电源150-250V，都能满足稳压要求。

　　这两种电源使用的电解电容器中流过的脉动电流大不相同，开关电源中的铝电解电容器（整流滤波电路及输出端并联的）除了一般的以倍工频为基频的一系列次倍频谐波外（是由于电源交流整流滤波所产生的）而且还多出了因控制调正管受开关脉冲控制所产生的"开关"脉动而产生的脉动电流，这种脉动电流的基频即开关脉冲的频率，初级的开关电源是几十KHZ，最先进的开关电源脉冲开关频率已达1～2MHZ。因此开关频率愈高的开关电源其脉冲频率愈高，对电容器的频率特性高频要求愈高，即?0要愈高。同样的原因由于?0很难测定，通常是以100KHZ的Z或ESR来规定其高频特性，国外已有以500 KHZ的Z或ESR来规定。而在寿命实验中及最大允许脉动电流也是以100KHZ的值来规定的，惠东立隆的此类产品即以100KHZ脉动电流下来 耐久性寿命，它们的电压频率是可调的。当然也可乘以频率因子将其换算到工频下来进行。

３．高频低阻抗电容器的特点与要求

ａ. 小型化，开关电源的目的是小型轻量高效化，因此元件也必须小型轻量化。为此需采用高比容箔，以降低芯子的大小。日本已有此类产品的专用箔。

ｂ. 结构上尽量降低L0，以改善高频特性。

　　在错开半匝的情况下电感的计算公式： L=(4πL/3b)(2d箔+3a)

　　L为引线所在半圆周长；

　　b为箔宽度；

　　d箔为箔厚度；

　　a为两引线间距。

　　L,a, d箔小，电感小

　　b大即芯子长，电感小

　　其它有叠片式，圆筒型伸出箔绕法

　　另外，引出箔、引出线的电感及铝壳电感也需注意。

ｃ. 降低阻抗以减低电容器本身的发热

　　发热功率P=ZI~2

　　(1) 采用高电导电解液

　　多水系一般105℃1K小时

　　长寿命或更高温度用的需采用无水系，采用不产H2的溶剂，即r-BLDMF等。

　　H20（电解），EG（酯化酰胺化）

　　(2) 采用低密度纸，低压时甚至用花样纸

　　为了防止毛刺造成短路或局部短路引起IL上升，而采用芯子的检测及处理，然后装配，才能提高成品率，用点焊机式的放电装置，将毛刺熔化处理掉。

ｄ. 应用中应考虑降脉动电流的措施和散热措施。

４．日本产品举例

63V日本RubycomYXF系列