电容器与开关电源

电容器与开关电源电容器与开关电源陈永真陈永真辽宁省锦州市士英街辽宁省锦州市士英街169169号号[e-mail][e-mail]开关电源中的电容器开关电源中的电容器开关电源中大量应用的电容器：开关电源中大量应用的电容器：第一类：电解电容器第一类：电解电容器主要用于输入整流滤波、输出整流滤主要用于输入整流滤波、输出整流滤波、辅助电源的旁路等波、辅助电源的旁路等第二类：薄膜电容器第二类：薄膜电容器主要用于耦合、缓冲、电源旁路、定主要用于耦合、缓冲、电源旁路、定时、电源滤波器时、电源滤波器第三类：陶瓷电容器第三类：陶瓷电容器与薄膜电容器作用相似与薄膜电容器作用相似电解电容器的分类电解电容器的分类1.1.铝电解电容器铝电解电容器主要用于工频整流滤波、开关电源输出整流滤主要用于工频整流滤波、开关电源输出整流滤波、辅助电源的旁路。波、辅助电源的旁路。2.2.钽电解电容器钽电解电容器主要用于主要用于DC/DCDC/DC变换器的电源输入旁路、变换器的电源输入旁路、DC/DCDC/DC变换器或高可靠电源的输出整流滤波、辅变换器或高可靠电源的输出整流滤波、辅助电源的旁路。助电源的旁路。3.3.聚合物电解电容器聚合物电解电容器高频开关电源的输出整流滤波、高电流变化率高频开关电源的输出整流滤波、高电流变化率负载的电源旁路负载的电源旁路输入整流滤波电路对滤波电容器的要求输入整流滤波电路对滤波电容器的要求1.1.平滑整流输出电压（整流滤波）；平滑整流输出电压（整流滤波）；2.2.吸收工频纹波电流和逆变器的开关成份吸收工频纹波电流和逆变器的开关成份电流；电流；3.3.工频整流滤波需要滤波电容器具有很大工频整流滤波需要滤波电容器具有很大的电容量，在的电容量，在50Hz/220V50Hz/220V输入电压时只能选输入电压时只能选用铝电解电容器。用铝电解电容器。一、铝电解电容器一、铝电解电容器铝电解电容器是昀早的电解电容器：铝电解电容器是昀早的电解电容器：19211921年出现液体铝电解电容器，年出现液体铝电解电容器，19381938年前后改年前后改进为由多孔纸浸渍电糊的干式铝电解电容进为由多孔纸浸渍电糊的干式铝电解电容器。器。（一）（一）铝电解电容器参数铝电解电容器参数铝电解电容器电压参数铝电解电容器电压参数11、额定、额定DCDC电压电压VVRR额定额定DCDC电压电压VVRR是电容器在额定温度范围内是电容器在额定温度范围内所允许的连续工作电压，它包括在电容器所允许的连续工作电压，它包括在电容器两电极间的直流电压和脉动电压或连续脉两电极间的直流电压和脉动电压或连续脉冲电压之和。冲电压之和。22、反向电压、反向电压绝大多数电解电容器不允许施加反向电绝大多数电解电容器不允许施加反向电压，铝电解电容器的反向电压短时间内不压，铝电解电容器的反向电压短时间内不得超过得超过1.5V1.5V，一般允许不超过，一般允许不超过0.8V0.8V。。铝电解电容器电压参数铝电解电容器电压参数额定浪涌电压额定浪涌电压VsVs额定浪涌电压额定浪涌电压VsVs是铝电解电容器在短时间内能承是铝电解电容器在短时间内能承受的电压值，其测试条件是：电容器工作在受的电压值，其测试条件是：电容器工作在25C25C，在不超过，在不超过3030秒，两次间隔不小于秒，两次间隔不小于55分。分。IECIEC384384--44中规定的浪涌电压与额定电压的关系如下：中规定的浪涌电压与额定电压的关系如下：UURR＜＜315V315V时：时：UUSS=1.15U=1.15URRUURR＞＞315V315V时：时：UUSS=1.1U=1.1URR有些铝电解电容器（主要是大型铝电解电容器）有些铝电解电容器（主要是大型铝电解电容器）在外壳上也标注浪涌电压。一般的标注方法为：在外壳上也标注浪涌电压。一般的标注方法为：××××××VSVS，，RSUU⋅=15.1RSUU⋅=15.1RSUU⋅=15.1铝电解电容器电压参数铝电解电容器电压参数瞬间过电压瞬间过电压：：铝电解电容器一般能瞬间承受的极限过电铝电解电容器一般能瞬间承受的极限过电压。压。接近于铝电解电容器的击穿电压接近于铝电解电容器的击穿电压铝电解电容器的电压与漏电流特性铝电解电容器的电压与漏电流特性铝电解电容器的电容量铝电解电容器的电容量电容量的温度特性电容量的温度特性铝电解电容器的电容量铝电解电容器的电容量电容量的频率特性电容量的频率特性漏电流特性随温度增加漏电流特性随温度增加漏电流、漏电流、CDECDE生产的生产的450V/4700450V/4700μμF/85F/85℃℃铝铝电解电容器的漏电流与施加电压的关系电解电容器的漏电流与施加电压的关系漏电流的电压、温度特性漏电流的电压、温度特性2525℃℃时漏电流仅仅是时漏电流仅仅是8585℃℃时漏电流的不到时漏电流的不到十分之一十分之一额定电压下的漏电流大约是额定电压下的漏电流大约是90%90%额定电压下额定电压下的漏电流的的漏电流的55倍。倍。漏电流特性随电压增加漏电流特性随电压增加CDECDE生产的生产的450V/4700450V/4700μμF/85F/85℃℃铝电解电容铝电解电容器的漏电流与环境温度的关系器的漏电流与环境温度的关系铝电解电容器的老炼铝电解电容器的老炼由于作为绝缘层的氧化铝介质的特殊性：氧化铝介质在由于作为绝缘层的氧化铝介质的特殊性：氧化铝介质在铝箔切割、铆接过程中受到的损伤或受电解液中的氯离铝箔切割、铆接过程中受到的损伤或受电解液中的氯离子的腐蚀而产生缺陷而产生的漏电流，需要通过施加直子的腐蚀而产生缺陷而产生的漏电流，需要通过施加直流电压的（阳极氧化）方式加以修补，因此，即使已经流电压的（阳极氧化）方式加以修补，因此，即使已经施加很长一段时间直流电压，仍会有一小的修补电流流施加很长一段时间直流电压，仍会有一小的修补电流流过。这个电流成为漏电流。过。这个电流成为漏电流。漏电流低意味着电解液中的氯离子极少，可以得到良好漏电流低意味着电解液中的氯离子极少，可以得到良好的修补结果，也表明作为绝缘层的氧化铝介质是良好的修补结果，也表明作为绝缘层的氧化铝介质是良好的。电解液和铝箔中的铁、铜离子在铝电解电容器的电的。电解液和铝箔中的铁、铜离子在铝电解电容器的电极上施加电压后会产生原电池效应电流，需要较多的电极上施加电压后会产生原电池效应电流，需要较多的电荷将其消耗掉，这就是一些铝电解电容器在初次加电后荷将其消耗掉，这就是一些铝电解电容器在初次加电后需要较长时间需要较长时间““漏电流漏电流””才能降到正常值的原因。这种现才能降到正常值的原因。这种现象也说明了铝电解电容器出厂前需要象也说明了铝电解电容器出厂前需要““老炼的必要性老炼的必要性””。。铝电解电容器的赋能铝电解电容器的赋能铝电解电容器经过长时间无电压状态的存储后而铝电解电容器经过长时间无电压状态的存储后而没有任何的应用时其电解液中的氯离子对氧化铝没有任何的应用时其电解液中的氯离子对氧化铝介质膜的损伤昀大，尤其温度很高的条件下进行介质膜的损伤昀大，尤其温度很高的条件下进行存储时，在这种情况下从氧化层到阳极没有漏电存储时，在这种情况下从氧化层到阳极没有漏电流流过，氧化层就不能重新产生。结果就是当延流流过，氧化层就不能重新产生。结果就是当延长存储后接入电压时，会产生一个高于正常值的长存储后接入电压时，会产生一个高于正常值的漏电流。然而，随着使用过程中氧化层的重新产漏电流。然而，随着使用过程中氧化层的重新产生，漏电流会逐渐降低至正常值。同时由于铁、生，漏电流会逐渐降低至正常值。同时由于铁、铜离子的原电池效应也逐渐恢复，这使得铝电解铜离子的原电池效应也逐渐恢复，这使得铝电解电容器的漏电流将需要一个长时间的施加电压加电容器的漏电流将需要一个长时间的施加电压加以恢复。这个过程称为老化或成为赋能。通常在以恢复。这个过程称为老化或成为赋能。通常在铝电解电容器使用前昀好进行赋能。铝电解电容器使用前昀好进行赋能。损耗因数损耗因数电解电容器的损耗因数（电解电容器的损耗因数（DissipationDissipationFactorFactor，英文缩写：，英文缩写：DFDF）可以理解为在交）可以理解为在交流电流激励下，电解电容器的无功功率和流电流激励下，电解电容器的无功功率和等效串联电阻（等效串联电阻（ESRESR）的有功功率分别）的有功功率分别为：为：CICIωω221=⋅铝电解电容器的损耗因数与温度、铝电解电容器的损耗因数与温度、频率的关系频率的关系工作温度范围工作温度范围由于铝电解电容器是电解液负极，随着温度的升由于铝电解电容器是电解液负极，随着温度的升高将会达到电解液的沸点。因此，电解液的沸点高将会达到电解液的沸点。因此，电解液的沸点将是铝电解电容器不可逾越的昀高工作与存储温将是铝电解电容器不可逾越的昀高工作与存储温度。在实际应用中，昀高工作温度要比电解液的度。在实际应用中，昀高工作温度要比电解液的沸点低沸点低10~20K10~20K；同样，也是由于铝电解电容器的；同样，也是由于铝电解电容器的负极是电解液，在温度过低时，电解液将变得粘负极是电解液，在温度过低时，电解液将变得粘稠甚至凝固时铝电解电容器不能应用。因此，铝稠甚至凝固时铝电解电容器不能应用。因此，铝电解电容器也有工作与存储温度的下限。在工作电解电容器也有工作与存储温度的下限。在工作//存储温度上限与下限之间的整个温度范围就是铝存储温度上限与下限之间的整个温度范围就是铝电解电容器的工作温度范围。电解电容器的工作温度范围。工作温度范围工作温度范围对于比较低级的商业应用，铝电解电容器的昀高对于比较低级的商业应用，铝电解电容器的昀高工作工作//存储温度和昀低工作存储温度和昀低工作//存储温度为存储温度为+85+85℃℃//--2020℃℃。如果对低温有特殊要求时，昀低工作温度。如果对低温有特殊要求时，昀低工作温度可以达到可以达到--4040℃℃；如果铝电解电容器的工作；如果铝电解电容器的工作//存储存储温度比较高，则需要温度比较高，则需要105105℃℃昀高工作昀高工作//存储温度的存储温度的铝电解电容器；当遇到更高的工作温度，如节能铝电解电容器；当遇到更高的工作温度，如节能灯或汽车发动机舱内的应用时，要求铝电解电容灯或汽车发动机舱内的应用时，要求铝电解电容器的昀高工作器的昀高工作//存储温度要达到存储温度要达到125125℃℃甚至是甚至是150150℃℃。。通过上述分析可以看到，铝电解电容器的昀高工通过上述分析可以看到，铝电解电容器的昀高工作作//存储温度可以分为：一般应用的存储温度可以分为：一般应用的+85+85℃℃，比较，比较高工作高工作//存储温度的存储温度的+105+105℃℃和非常高工作温度的和非常高工作温度的125125℃℃甚至是甚至是140140℃℃、、150150℃℃的五个昀高工作的五个昀高工作//存储存储温度。温度。寿命寿命同样是由于铝电解电容器的负极是电解同样是由于铝电解电容器的负极是电解液，随着时间的推移，电解液会渐渐的干液，随着时间的推移，电解液会渐渐的干涸，当电解液干涸到一定程度后，铝电解涸，当电解液干涸到一定程度后，铝电解电容器的实际的负极板有效面积将明显的电容器的实际的负极板有效面积将明显的变小，电容量将开始明显降低；同时伴随变小，电容量将开始明显降低；同时伴随着着ESRESR的明显升高，当电容量的减小，的明显升高，当电容量的减小，ESRESR的上升达到一定程度，铝电解电容器的上升达到一定程度，铝电解电容器将失去应用意义。这标志着铝电解电容器将失去应用意义。这标志着铝电解电容器寿命终了。寿命终了。铝电解电容器的额定温度与寿命的铝电解电容器的额定温度与寿命的额定参数额定参数综上所述，铝电解电容器的额定温度是该综上所述，铝电解电容器的额定温度是该铝电解电容器允许工作和存储的昀高温铝电解电容器允许工作和存储的昀高温度，根据工作环境温度要求通常可分为度，根据工作环境温度要求通常可分为858