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留意这5个电解电容选型的参数,避免入坑

电子发烧友网 ? 2019-07-09 14:08 ? 次阅读

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引言

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之一。通常,电解电容器的等效电路可以认为是理想电容器与寄生电感、等效串联电阻的串联,如图1所示。?

图1? 电解电容器的等效电路?

众所周知,开关电源是当今信息家电设备的主要电源,为电子设备小型轻便化作出不可磨灭的贡献。开关电源不断的小型化、轻量化和高效率,在电子设备中使用量越来越大,普及率越来越高。相应的就要求电解电容器小型大容量化,耐纹波电流,高频低阻抗化,高温度长寿命化和更适应高密度组装。

1 电容量与体积?

由于电解电容器多数采用卷绕结构,很容易扩大体积,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是以体积的扩大为代价的,现代开关电源要求越来越高的效率,越来越小的体积,因此,有必要寻求新的解决办法,来获得大电容量、小体积的电容器。

在开关电源的原边一旦采用有源滤波器电路,则铝电解电容器的使用环境变得比以前更为严酷:

(1)高频脉冲电流主要是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)变换器多采用升压电路,因此要求耐高压的铝电解电容器。这样一来,利用以往技术制造的铝电解电容器,由于要吸收比以往更大的脉动电流,不得不选择大尺寸的电容器。结果,使电源的体积庞大,难以用于小型化的电子设备。

为了解决这些难题,必须研究与开发一种新型的电解电容器,体积小、耐高压,并且允许流过大量高频脉冲电流。另外,这种电解电容器,在高温环境下工作,工作寿命还须比较长。

2 承受温度与寿命?

在开关电源365bet体育皇冠过程中,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,因为铝电解电容的价格便宜,所以,迄今使用的最为广泛。但是, 最近几年却发生了显着变化,避免使用铝电解电容的情况正在增加。

?出现这种变化的一个原因是,铝电解电容的寿命往往会成为整个设备的薄弱环节。电源模块制造厂家的工程师表示:“对于铝电解电容这种寿命有限的元件,如果可以不用, 就尽量不要采用。”因为铝电解电容内部的电解液会蒸发或产生化学变化,导致静电容量减少或等效串联电阻(ESR)增大, 随着时间的推移,电容性能肯定会劣化。

电解电容器的寿命与电容器长期工作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℃时已经损坏。但是现在有很多种类的电解电容器的工作环境温度已经很高在环境温度为90℃,通过电解电容器的交流电流和额定脉冲电流的比为0.5时,寿命仍然为10000h,但是如果温度上升到95℃时,电解电容器即已经损坏。

因此,在选择电容器的时候,应该根据具体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,那么电源工作的可靠性、稳定性将大大降低,甚至损坏设备和仪器。就一般情况而言,电解电容器工作在环境温度为80℃时,一般能达到10000h寿命的要求。

另一方面,电解电容器的寿命还与电容器长时间工作的交流电流与额定脉冲电流(一般是指在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。一般说来,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,电解电容器一般都已经损坏。所以,电解电容器有它的安全工作区,对于一般应用,当交流电流与额定脉冲电流的比值在3.0倍以下时,对于寿命的要求已经满足。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 某铝电解电容器的寿命与温度、纹波电流的关系

3 频率特性与阻抗

对于中小输出功率开关电源的工作频率除少数因价格限制而仍采用20~40kHz外,大多数均在50kHz以上;大功率开关电源的开关频率受主开关(一般采用IGBT)的开关速度限制而一般在20~40kHz。尽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作用基本相同,主要是通过利用滤波电容器吸收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,充放电时间是毫秒数量级,为获得较小的脉动系数,需要的电容量高达数十万微法,因而一般低频用普通铝电解电容器制造目标是以提高电容量为主,电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。

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工作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,甚至数十兆赫,它的要求和低频应用时不同,电容量并不是主要指标,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,容抗下降、感抗上升,容抗等于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;频率继续上升,感抗开始大于容抗,当感抗接近于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时间上就是一个电感

由于制造工艺的原因,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。这就要求它在开关稳压电源的工作频段内要有低的等效阻抗,同时,对于电源内部,由于半导体器件开始工作所产生高达数百千赫的尖峰噪声,亦能有良好的滤波作用,一般低频用普通电解电容器在10kHz左右,其阻抗便开始呈现感性,无法满足开关电源使用要求。

用于开关稳压电源输出整流的电解电容器,要求其阻抗频率特性在300kHz甚至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。

笔者在实验中发现,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。当负载为突变情况时,用普通电解电容器的瞬态响应远不如高频电解电容器。

开关电源为了高效率而提高了工作频率的高频化,特别是小型高输出开关电源中输入滤波用电容器要求高纹波性,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,必须降低等效串联电阻。

4 纹波电流耐受度

影响电解电容器性能的最主要的参数之一就是纹波电流问题。纹波电流对铝电解电容器的影响主要是在ESR上产生功耗使铝电解电容器发热,进而缩短使用寿命。从特性曲线中(图2)可以看到,纹波电流在ESR上产生的损耗与纹波电流有效值的平方成正比,因而随着纹波电流的增加,小时寿命曲线类似于抛物线函数曲线。

降低纹波电流的方法可以采用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;也可以采用多只小容量铝电解电容器的并联方式,还可以选用纹波电流低的电路拓扑结构。

一般而言,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,就需要进一步降低电容的ESR。其原因是,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。对于在液晶电视中进行MPEG编解码工作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。据有关人士预测称,为了应对全H D (全高清等要求而增大电路的规模以后,芯片中的电流将增加到5A 左右,而且在2008 年前后将会达到8A~9A。

如果ESR小,则在有大电流流动时,电容输出电压的下降量也小。伴随着电流增大而来的降低ESR的要求,有可能成为推进电容替换进程的主要原因。相对于铝电解电容将近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通常为几十mΩ,ESR比较小的则在10mΩ以下。

5?可靠性高低

开关电源是一种采用开关式控制的直流稳压电源,它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用于各种通信设备、家用电器、计算机及其终端设备。作为输入滤波和平滑作用的铝电解电容器,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效模式有击穿失效、开路失效、漏液失效及电参数超差失效。其中击穿失效又分为介质击穿和热击穿,对于大功率和大电流输出的开关电源用电解电容器,热击穿失效常占一定比例;

电腐蚀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效的主要失效模式;漏液是开关稳压电源用铝电解电容器常见的失效模式,由于使用环境及工作状态较严酷,常发生漏液失效;开关稳压电源用铝电解电容器在使用中最常见的失效模式是电容量减少、漏电流增大及损耗角正切值增大。

6、小结

在电子线路中电解电容器是必不可少的,而且,随着电子设备的小型化,越来越要求电解电容器具有更好的频率特性、更低ESR、更低阻抗、 更低ESL,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使用铌、钛等新型介电材料及结构方面的改进来达到。而低ESR、低ESL化可以通过新型电解质的开发优化工艺及构造来实现,同时产品将向更高的电压方向发展。?在发展日新月异的信息技术领域,电容器将始终是关键元件之一,我们将应用新技术、新材料不断地开发出顺应信息时代需求的高性能电容器。

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电解电容是说电容里面的介质是电解材料,电解电容可用作滤波作用,当用作滤波作用时也叫滤波电容。
的头像 发烧友学院 发表于 04-30 16:59 ? 786次 阅读
如何分辨电解电容和滤波电容

电解电容在电路中的作用

在电源电路中,整流电路将交流变成脉动的直流,而在整流电路之后接入一个较大容量的电解电容,利用其充放电....
的头像 发烧友学院 发表于 04-30 16:56 ? 1390次 阅读
电解电容在电路中的作用

电解电容寿命一般几年

如额定最高温度为85℃的电解电容器在85℃的环境温度条件下寿命为1000小时,而环境温度降低到60℃....
的头像 发烧友学院 发表于 04-30 16:52 ? 2695次 阅读
电解电容寿命一般几年

电解电容和普通电容的区别

区别在于介质的不同、性能不同、容量不同、结构不同致使用环境和用途也不同。反过来讲,人们根据生产实践需....
的头像 发烧友学院 发表于 04-30 16:48 ? 1041次 阅读
电解电容和普通电容的区别

电解电容廉价替代方案(寻找红宝石电容替代品)

大家好 公司boss让我论证一下红宝石电解电容的替代,主要是为了降低成本。请问这个器件有合适的替代品么,要做一些必要的验证么...
发表于 04-27 08:30 ? 258次 阅读
电解电容廉价替代方案(寻找红宝石电容替代品)

滤波电容和电解电容应该如何区分

      在电路中起滤波作用的,都叫滤波电容,是电容在该电路中的功能。而电解电容是说电容里面的介质是电解...
发表于 04-19 08:30 ? 624次 阅读
滤波电容和电解电容应该如何区分

请问电解电容和瓷片电容有什么区别?

电解电容和瓷片电容有什么区别?
发表于 04-18 06:16 ? 159次 阅读
请问电解电容和瓷片电容有什么区别?

应用3.3 电压的LTC3643电源备用解决方案

数据丢失是电信,工业和汽车应用中的一个问题,因为嵌入式系统需要可靠的电源。在硬盘驱动器和闪存执行的读....
的头像 电子365bet体育皇冠 发表于 04-15 09:10 ? 412次 阅读
应用3.3 电压的LTC3643电源备用解决方案

滤波电容和电解电容怎么区分

在电路中起滤波作用的,都叫滤波电容,是电容在该电路中的功能。而电解电容是说电容里面的介质是电解材料,....
的头像 发烧友学院 发表于 04-12 13:59 ? 686次 阅读
滤波电容和电解电容怎么区分

麦克风前置放大器的模拟部分会发热

各位好! 想请教个麦克风前置放大电路的问题 前置放大器选用的INA163,差分麦克信号输入,48V幻象供电 见附件电路图 问题...
发表于 04-11 10:55 ? 694次 阅读
麦克风前置放大器的模拟部分会发热

艾华集团年度财报披露,产能释放破解涨价难题

报告显示,公司去年实现营业收入 2,165,573,917.78 元,同比增长 20.81% ;
的头像 高工LED 发表于 04-10 10:05 ? 840次 阅读
艾华集团年度财报披露,产能释放破解涨价难题

电容的基础知识详细资料免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是电容的基础知识详细资料免费下载包括了:一、电容的分类和作用,二、电容的符....
发表于 04-03 08:00 ? 246次 阅读
电容的基础知识详细资料免费下载

涤纶电容和电解电容能通用吗

大家都知道电容的替换是不能随意的,要在专业技术人员的指导或者厂家说明中使用会安全些。有人问台灯中的涤....
的头像 发烧友学院 发表于 03-26 14:58 ? 969次 阅读
涤纶电容和电解电容能通用吗

SEC-50HVH56M电解电容的数据手册资料免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是SEC-50HVH56M电解电容的数据手册资料免费下载。
发表于 03-01 08:00 ? 99次 阅读
SEC-50HVH56M电解电容的数据手册资料免费下载

固态电容和电解电容的区别

固态电容全称固态铝质电解电容,它与普通电容(即液态铝质电解电容)最大差别在于采用了不同的介电材料,液....
的头像 发烧友学院 发表于 01-19 14:00 ? 10239次 阅读
固态电容和电解电容的区别

电容的含义和容值参数及分类的资料介绍

电容(Capacitance)亦称作“电容量”,是指在给定电位差下的电荷的储藏量,记为C,国际单位是....
发表于 11-30 08:00 ? 614次 阅读
电容的含义和容值参数及分类的资料介绍

电容常用单位换算方法表的详细资料免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是电容常用单位换算方法表的详细资料免费下载。
发表于 11-27 08:00 ? 312次 阅读
电容常用单位换算方法表的详细资料免费下载

电容的基础知识介绍有那些应用课件教程免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是电容的基础知识介绍有那些应用课件教程免费下载主要内容包括了:1.概述 2....
发表于 11-27 08:00 ? 298次 阅读
电容的基础知识介绍有那些应用课件教程免费下载

电解电容如何避免极性错误爆炸

电容做为电气、电子元器件对于我们这些电工人来讲是非常熟悉的,无功补偿当中的电力电容、变频器直流主回路....
的头像 电子工程技术 发表于 11-25 10:06 ? 1889次 阅读
电解电容如何避免极性错误爆炸

工控电路板电容损坏的故障特点及维修

电容损坏引发的故障在电子设备中是最高的,其中尤其以电解电容的损坏最为常见。
的头像 EDA365 发表于 11-14 16:54 ? 1125次 阅读
工控电路板电容损坏的故障特点及维修

无极性电容有哪些?

电容器是一种容纳电荷的电子元器件,日常生活中非常的常见,比如现在人们离不开的手机、电视、空调等电器中....
的头像 电小二 发表于 11-14 15:46 ? 3971次 阅读
无极性电容有哪些?

电解电容的原理

电解电容器通常是由金属箔(铝/钽)作为正电极,金属箔的绝缘氧化层(氧化铝/钽五氧化物)作为电介质,电....
的头像 发烧友学院 发表于 11-05 16:47 ? 3569次 阅读
电解电容的原理

常用电解电容的封装尺寸表资料免费下载

本文档的主要内容详细介绍的是常用电解电容的封装尺寸表资料免费下载。
发表于 10-24 08:00 ? 282次 阅读
常用电解电容的封装尺寸表资料免费下载

为何在某些电路365bet体育皇冠中将两个电解电容反相串联?

在一些电路365bet体育皇冠中看到两个电解电容反相串联,两元件容量要相等,耐压相同,在交流电路中可以减小漏电流,用....
的头像 贸泽电子365bet体育皇冠圈 发表于 10-17 14:52 ? 1961次 阅读
为何在某些电路365bet体育皇冠中将两个电解电容反相串联?

关于铝电解电容器的长寿命化研究分析

LED 照明产品使用非固态铝电解电容器。与其它电容相比,有较宽使用温度、小型且大容量、价格便宜等特点....
的头像 富士通电子 发表于 10-06 16:35 ? 1280次 阅读
关于铝电解电容器的长寿命化研究分析

汽车ECU维修你了解多少 浅谈汽车ECU维修及其维护

还有一种元件是电解电容,体积稍微大一些,电容容量也较大,目前还没有其它器件代替,多用于电源滤波。
的头像 沈丹 发表于 09-14 10:47 ? 9557次 阅读
汽车ECU维修你了解多少 浅谈汽车ECU维修及其维护

电解电容正负极图解

视频内容首先介绍了电解电容特点及符号,其次阐述了电解电容的测量好坏方法,最后陈述了电解电容正负极判断....
的头像 发烧友学院 发表于 09-04 17:08 ? 20548次 阅读
电解电容正负极图解

钽电容是电解电容吗 钽电容的作用是什么

Vishay MAP结构的另一个好处是减小ESL。MAP结构可通过消除环包的机械引线框架显着减小既有....
发表于 08-11 11:27 ? 4531次 阅读
钽电容是电解电容吗 钽电容的作用是什么

贴片钽电解电容极性标识及参数介绍

当我们不知道贴片钽电容的正负极时,可以用万用表来测量。
发表于 08-11 10:31 ? 2087次 阅读
贴片钽电解电容极性标识及参数介绍

贴片钽电解电容正负区分技巧 贴片坦电容正负极图解

钽电容其实全称是钽电解电容,这是当下诸多设备中都不可缺少的关键部分。然而对于钽电容来说,这是有极性电....
发表于 08-10 17:01 ? 10024次 阅读
贴片钽电解电容正负区分技巧 贴片坦电容正负极图解

电解电容引脚图/封装图 /正负极图分析

电解电容具有体积小,电容量大,成本低的优点,但是它的两根引脚有正、负极之分,这样使它的使用范围受到了....
发表于 08-10 15:19 ? 7563次 阅读
电解电容引脚图/封装图 /正负极图分析

触摸屏电解电容的作用 电解电容符号表示

电子电路中,电容器只能通过变化电流,不能通过直流电的,在电路中起着“通交流,隔直流”的作用。
发表于 08-10 15:07 ? 2106次 阅读
触摸屏电解电容的作用 电解电容符号表示

纹波电流是什么 铝电解电容纹波电流计算方法

纹波电流在这里指的是流经电容器的交流电流的 RMS 值,其在电压上的表现为脉动或纹波电压。
发表于 08-10 14:36 ? 10479次 阅读
纹波电流是什么 铝电解电容纹波电流计算方法

贴片电解电容正负极图解 详解贴片电解电容构造

电解电容是有极性电容,不能接受反向电压,安装时需按正确的极性安装,所以在使用前我们要正确的区分电解电....
发表于 08-10 11:44 ? 13126次 阅读
贴片电解电容正负极图解 详解贴片电解电容构造

电解电容封装怎么画 电解电容正负接反会如何

电容里分正负的电容有铝电解和钽电解,即只能用在直流电路,当然正负极要接对,铝电解一般有外套管上有白条....
发表于 08-10 11:16 ? 2061次 阅读
电解电容封装怎么画 电解电容正负接反会如何

电解电容正负极接法介绍 电解电容正负极判断

电容器(简称电容)它可以储存电能,具有充电、放电及通交流、隔直流的特性。
发表于 08-10 10:58 ? 14617次 阅读
电解电容正负极接法介绍 电解电容正负极判断