高效率开关电源设计 开关电源中的电解电容器的选 择与应用.pptx

《高效率开关电源设计 开关电源中的电解电容器的选 择与应用.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高效率开关电源设计 开关电源中的电解电容器的选 择与应用.pptx（92页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、会计学1高效率开关电源设计高效率开关电源设计 开关电源中的电解开关电源中的电解电容器的选电容器的选 择与应用择与应用钽电解电容器主要有钽电解电容器主要有n n“标准标准”钽电解电容器，一般性能的开关电源整流输出和电子线路电源旁路钽电解电容器，一般性能的开关电源整流输出和电子线路电源旁路n n低阻钽电解电容器，可以使整流输出滤波性能比低阻钽电解电容器，可以使整流输出滤波性能比“标准标准”钽电解电容器好，可以承受更高钽电解电容器好，可以承受更高的纹波电流的纹波电流n n超低阻钽电解电容器，性能比低阻钽电解电容器还好，特别适用于高频超低阻钽电解电容器，性能比低阻钽电解电容器还好，特别适用于高频DC/

2、DCDC/DC模块模块n n聚合物钽电解电容器，只是很低电压的应用，具有电解电容器最低的阻抗喝醉高的纹波电聚合物钽电解电容器，只是很低电压的应用，具有电解电容器最低的阻抗喝醉高的纹波电流承受能力流承受能力第2页/共92页应用铝电解电容器必须考虑的问题应用铝电解电容器必须考虑的问题铝电解电容器的失效铝电解电容器的失效第3页/共92页一、铝电解电容器失效的最主要原因一、铝电解电容器失效的最主要原因电解液干涸！电解液干涸！第4页/共92页1 1、电解液干涸的原因、电解液干涸的原因n n电解液自然挥发电解液自然挥发n n电解液的消耗电解液的消耗第5页/共92页电解液自然挥发电解液自然挥发n n电解液的

3、挥发速度随温度的升高电解液的挥发速度随温度的升高n n电解液的挥发速度与电容器的密封质量有关，无论在高温还是在低温条件下都要有良好的密封性电解液的挥发速度与电容器的密封质量有关，无论在高温还是在低温条件下都要有良好的密封性第6页/共92页电解液的消耗电解液的消耗n n漏电流所引起的电化学效应消耗电解液漏电流所引起的电化学效应消耗电解液n n铝电解电容器的寿命随漏电流增加而减少铝电解电容器的寿命随漏电流增加而减少n n漏电流随温度的升高而增加：漏电流随温度的升高而增加：2525时漏电流仅仅是时漏电流仅仅是8585时漏电流的不到十分之一时漏电流的不到十分之一n n漏电流随施加电压升高而增加：耐压为

4、漏电流随施加电压升高而增加：耐压为400V400V的铝电解电容器在额定电压下的漏电流大约是的铝电解电容器在额定电压下的漏电流大约是90%90%额定电压下的漏电流的额定电压下的漏电流的5 5倍。倍。第7页/共92页电解液干涸的时间就是铝电解电容器的寿命电解液干涸的时间就是铝电解电容器的寿命第8页/共92页2 2、影响铝电解电容器寿命的的因素（温度、影响铝电解电容器寿命的的因素（温度1 1）n n根据铝电解电容器的电解液的不同，铝电解电容器的最高工作温度可分为：根据铝电解电容器的电解液的不同，铝电解电容器的最高工作温度可分为：n n一般用途：一般用途：8585n n一般高温用途：一般高温用途：10

5、5105n n特殊高温用途：特殊高温用途：125125n n汽车发动机舱：汽车发动机舱：140150140150第9页/共92页影响铝电解电容器寿命的的因素（额定寿命小时数）影响铝电解电容器寿命的的因素（额定寿命小时数）n n按寿命小时数铝电解电容器可以分为：按寿命小时数铝电解电容器可以分为：n n一般用途（常温，一般用途（常温，3 3年以内）：年以内）：10001000小时小时n n一般用途（常温，希望比较长的时间）：一般用途（常温，希望比较长的时间）：20002000小时以上小时以上n n工业级：更长的寿命小时数工业级：更长的寿命小时数第10页/共92页影响铝电解电容器寿命的的因素（温度影

6、响铝电解电容器寿命的的因素（温度2 2）n n温度每升高温度每升高1010，寿命小时数减半，寿命小时数减半第11页/共92页影响铝电解电容器寿命的的因素（电解液）影响铝电解电容器寿命的的因素（电解液）n n电解液的多与寡决定铝电解电容器的寿命电解液的多与寡决定铝电解电容器的寿命第12页/共92页影响铝电解电容器寿命的的因素（应用条件）影响铝电解电容器寿命的的因素（应用条件）n n高温缩短铝电解电容器寿命高温缩短铝电解电容器寿命n n高纹波电流缩短铝电解电容器寿命高纹波电流缩短铝电解电容器寿命n n工作电压过高缩短铝电解电容器寿命工作电压过高缩短铝电解电容器寿命第13页/共92页二、影响铝电解电

7、容器寿命的参数与应用条件二、影响铝电解电容器寿命的参数与应用条件第14页/共92页工作电压与漏电流的关系工作电压与漏电流的关系第15页/共92页工作电压与漏电流的关系工作电压与漏电流的关系n nCDECDE生产的生产的450V/4700F/85450V/4700F/85铝电解电容器的漏电流与施加电压的关系铝电解电容器的漏电流与施加电压的关系第16页/共92页温度与漏电流的关系温度与漏电流的关系n nCDECDE生产的生产的450V/4700F/85450V/4700F/85铝电解电容器的漏电流与环境温度的关系铝电解电容器的漏电流与环境温度的关系第17页/共92页温度、电压、纹波电流共同作用对寿

8、命的影响温度、电压、纹波电流共同作用对寿命的影响n n以以EPCOSEPCOS的的B43697B43697电子镇流器用铝电解电容器为例。电子镇流器用铝电解电容器为例。n n在不同的电压与温度条件下的铝电解电容器寿命不同在不同的电压与温度条件下的铝电解电容器寿命不同第18页/共92页EPCOSEPCOS的的B43697B43697电子镇流器用电子镇流器用铝电解电容器降额寿命特性铝电解电容器降额寿命特性第19页/共92页EPCOSEPCOS的的B43697B43697电子镇流器用电子镇流器用铝电解电容器的过电压寿命特性铝电解电容器的过电压寿命特性第20页/共92页铝电解电容器的寿命与温度、纹波电流

9、的关系铝电解电容器的寿命与温度、纹波电流的关系n n！第21页/共92页三、开关电源中的铝电解电容器三、开关电源中的铝电解电容器n n1 1 输入整流滤波输入整流滤波n n2 2 输入旁路输入旁路n n3 3 输出整流滤波输出整流滤波第22页/共92页（一）输入整流滤波电容器的作用（一）输入整流滤波电容器的作用n n1 1 平滑整流后电压，需要足够的电容量、吸收来自于整流输出的纹波电流平滑整流后电压，需要足够的电容量、吸收来自于整流输出的纹波电流n n2 2 平滑并支撑平滑并支撑PFCPFC输出电压输出电压 n n3 3 为后面的逆变器提供低阻抗，旁路来自于逆变器高频纹波电流为后面的逆变器提供

10、低阻抗，旁路来自于逆变器高频纹波电流第23页/共92页（二）输入整流滤波电容器（二）输入整流滤波电容器需要多高耐压？需要多高耐压？n n85264V85264V交流输入对应最高整流输出电压约交流输入对应最高整流输出电压约370V370V可以选择耐压为可以选择耐压为400V400V的铝电解电容器的铝电解电容器n n带有带有PFCPFC的整流滤波输出电压的整流滤波输出电压380420V380420V，以选择耐压为，以选择耐压为450V450V的铝电解电容器的铝电解电容器第24页/共92页为什么不能用为什么不能用400V400V耐压的铝电解电容器？耐压的铝电解电容器？n n主要考虑的是高温下在额定电

11、压或高于额定电压尽管铝电解电容器可以工作，不会击穿，但是由于在高温下漏电流的高幅主要考虑的是高温下在额定电压或高于额定电压尽管铝电解电容器可以工作，不会击穿，但是由于在高温下漏电流的高幅值漏电流会明显缩短铝电解电容器的寿命值漏电流会明显缩短铝电解电容器的寿命第25页/共92页（三）（三）工频输入整流滤波电容器的选择工频输入整流滤波电容器的选择第26页/共92页从整流滤波角度考虑滤波电容器从整流滤波角度考虑滤波电容器n n整流滤波所需要的电容量；整流滤波所需要的电容量；n n对于一般的开关电源对整流输出电压纹波电压要求考虑：对于一般的开关电源对整流输出电压纹波电压要求考虑：n n220V220V

12、交流输入条件下，需要滤波电容器为交流输入条件下，需要滤波电容器为1 1 F/W F/W；n n85264V85264V交流输入条件下，需要滤波电容器为交流输入条件下，需要滤波电容器为3 3 F/W F/W。第27页/共92页滤波电容器吸收的纹波电流滤波电容器吸收的纹波电流n n对于电容输入式滤波，滤波电容器吸收的纹波电流有效值大约为整流输出电流平均值的对于电容输入式滤波，滤波电容器吸收的纹波电流有效值大约为整流输出电流平均值的2323倍！大约为倍！大约为1520mA/W1520mA/W。n n不同的电路拓扑所产生的开关频率的纹波电流是不一样的。不同的电路拓扑所产生的开关频率的纹波电流是不一样的

13、。n n反激式开关电源约为反激式开关电源约为12mA/W12mA/W；单管正激式开关电源约为；单管正激式开关电源约为10mA/W10mA/W；桥式、推挽式开关电源约为；桥式、推挽式开关电源约为7mA/W7mA/W。第28页/共92页电解电容器能够承受的纹波电流电解电容器能够承受的纹波电流n n一个一个400V/100400V/100 F F爪式引脚电解电容器允许流过的纹波电流在爪式引脚电解电容器允许流过的纹波电流在0.50.7A0.50.7A左右，其额定纹波左右，其额定纹波电流承受值仅能满足电流承受值仅能满足60W60W以下的开关电源的滤波要求；以下的开关电源的滤波要求；n n一个一个400V

14、/470400V/470 F F爪式引脚电解电容器允许流过的纹波电流在爪式引脚电解电容器允许流过的纹波电流在1.7A1.7A左右，仅能满足左右，仅能满足150W150W以下的开关电源的滤波要求；以下的开关电源的滤波要求；n n对于对于220V220V输入电压等级，按输入电压等级，按1 1 F/WF/W的选择将不能满足电容器所能承受的纹波电流要求，的选择将不能满足电容器所能承受的纹波电流要求，至少要达到至少要达到3 3 F/W F/W。n n也可以采用多只小电容量电容器并联来满足纹波电流要求。例如也可以采用多只小电容量电容器并联来满足纹波电流要求。例如3 3只只400V/100400V/100

15、F F爪式引脚爪式引脚电解电容器的纹波电流承受能力将比电解电容器的纹波电流承受能力将比400V/470400V/470 F F爪式引脚电解电容器大。爪式引脚电解电容器大。第29页/共92页（四）（四）DC/DCDC/DC变换器输入旁路电容器变换器输入旁路电容器n n作用：电源旁路，阻止变换器产生的高频纹波电流进入供电电源作用：电源旁路，阻止变换器产生的高频纹波电流进入供电电源第30页/共92页（五）输出整流滤波电容器（五）输出整流滤波电容器需要注意的问题需要注意的问题第31页/共92页输出整流滤波电容器输出整流滤波电容器n n对输出滤波电容器的基本要求：对输出滤波电容器的基本要求：n n1 1

16、.在不太高的开关频率时，为了滤除开关频率下的纹波电压在不太高的开关频率时，为了滤除开关频率下的纹波电压/纹波电流，需要考虑足够的电容量，这时只能选择电解电容器；纹波电流，需要考虑足够的电容量，这时只能选择电解电容器；n n2.2.为了滤除更高频率的纹波电压为了滤除更高频率的纹波电压/纹波电流，要求输出整流滤波电容器应具有尽可能地的纹波电流，要求输出整流滤波电容器应具有尽可能地的ESRESR、ESLESL。第32页/共92页常规电解电容器存在的问题常规电解电容器存在的问题n n低低ESRESR铝电解电容器的提出：铝电解电容器的提出：n n常规铝电解电容器的常规铝电解电容器的ESRESR太高，以太

17、高，以10001000 F/16VF/16V铝电解电容器为例，其铝电解电容器为例，其ESRESR大约为大约为0.250.25，在，在50kHz50kHz时时的容抗为的容抗为3.18m3.18m，远低于，远低于ESRESR值，从滤除交流成分角度考虑，电解电容器已经成为值，从滤除交流成分角度考虑，电解电容器已经成为“电阻电阻”，决定，决定滤波效果将不再是电容量而是滤波效果将不再是电容量而是ESRESR！n n针对上面问题，低针对上面问题，低ESRESR铝电解电容器和钽电解电容器问世。铝电解电容器和钽电解电容器问世。第33页/共92页低低ESRESR铝电解电容器铝电解电容器n n低低ESRESR铝电

18、解电容器的铝电解电容器的ESRESR可以比常规铝电解电容器低一个数量级甚至两个数量级，因而滤波效果可以改善一个数量级；可以比常规铝电解电容器低一个数量级甚至两个数量级，因而滤波效果可以改善一个数量级；n n低低ESRESR铝电解电容器同样存在寿命问题特别是高温条件下寿命更短的问题。铝电解电容器同样存在寿命问题特别是高温条件下寿命更短的问题。第34页/共92页四、输出滤波电容器与电路拓扑的关系四、输出滤波电容器与电路拓扑的关系第35页/共92页1 1、反激式开关电源的输出滤波电容器、反激式开关电源的输出滤波电容器第36页/共92页反激式开关电源输出相关波形反激式开关电源输出相关波形反激式开关电源

19、的输出整流二极管的电流波形 输出滤波电容器的电流波形 第37页/共92页相关公式相关公式n n流过输出整流器的峰值电流与平均值电流的关系：流过输出整流器的峰值电流与平均值电流的关系：n n流过输出整流器的有效值电流与峰值值电流的关系：流过输出整流器的有效值电流与峰值值电流的关系：n n流过整流器的有效值电流与平均值电流的关系：流过整流器的有效值电流与平均值电流的关系：第38页/共92页输出整流器的最大导通占空比约为输出整流器的最大导通占空比约为0.50.5输出整流器的电流峰值与输出平均值电流之间的关系输出整流器的电流峰值与输出平均值电流之间的关系 第39页/共92页有效值电流于输出电流平均值的

20、关系为有效值电流于输出电流平均值的关系为 第40页/共92页设计实例与分析设计实例与分析 n n某反激式开关电源的技术参数为：某反激式开关电源的技术参数为：n n电路图拓扑：反激式；电路图拓扑：反激式；n n输入电压：输入电压：85Vac264Vac85Vac264Vac；n n工作频率：工作频率：65kHz 65kHz；n n输出：输出：12V/5A12V/5A；纹波电压：；纹波电压：50mV50mV；CLCCLC滤波滤波 第41页/共92页第一级滤波电容器的选择第一级滤波电容器的选择 n n对于输出电流对于输出电流5A5A对应的峰值电流为对应的峰值电流为20A20A、有效值电流为、有效值电

21、流为14.14A14.14A，分流入滤波电容器的交流电流成分会超过，分流入滤波电容器的交流电流成分会超过6A6A。按最高温度。按最高温度的纹波电流的纹波电流2 2倍选用电容器，滤波电容器的纹波电流之和至少要倍选用电容器，滤波电容器的纹波电流之和至少要7A7A。n n25V/1000F25V/1000F低低ESRESR铝电解电容器的额定纹波电流约为铝电解电容器的额定纹波电流约为1A1A，需要，需要7 7只并联。如果非要只并联。如果非要5 5只并联甚至只并联甚至4 4只并联，也是可以运行的，只并联，也是可以运行的，但是不具有长期可靠性。但是不具有长期可靠性。第42页/共92页n n2525温度下，

22、温度下，25V/1000F25V/1000F低低ESRESR铝电解电容器的铝电解电容器的ESRESR约为约为0.090.09。7 7只并联对应的只并联对应的ESRESR为为129m129m、5 5只并联为只并联为180m180m、4 4只并联为只并联为225m225m。由电流变化在。由电流变化在ESRESR上产生的峰值电压分别为上产生的峰值电压分别为2.59V2.59V、3.60V3.60V、4.50V4.50V。除此之外，滤波电容器的。除此之外，滤波电容器的ESLESL还会还会在整流二极管开通时由于电流的跃变而产生感生电势，这个感生电势同样会加到滤波电容器上，因此，滤波电容器上的峰在整流二极

23、管开通时由于电流的跃变而产生感生电势，这个感生电势同样会加到滤波电容器上，因此，滤波电容器上的峰值电压将不只是上述的值电压将不只是上述的2.59V2.59V、3.60V3.60V、4.50V4.50V。第43页/共92页电压波形如图电压波形如图第44页/共92页第二极第二极LCLC低通滤波器的设计与参数选择低通滤波器的设计与参数选择 n n第二级需要考虑的是如何将不能满足要求纹波电压经过第二级需要考虑的是如何将不能满足要求纹波电压经过LCLC滤波使其满足要求。通常滤波电感可以选择滤波使其满足要求。通常滤波电感可以选择30100H30100H，输出滤，输出滤波电容器不仅要考虑输出纹波电压是否可以

24、满足要求，还要考虑抑制负载电流的变化，在这里可以选择波电容器不仅要考虑输出纹波电压是否可以满足要求，还要考虑抑制负载电流的变化，在这里可以选择1000F/25V 1000F/25V。第45页/共92页2 2、正激式开关电源的输出滤波电容器、正激式开关电源的输出滤波电容器n n包括单端正激开关电源和桥式、推挽式开关电源。包括单端正激开关电源和桥式、推挽式开关电源。n n端正激开关电源由于是电感输入式滤波方式，流入滤波电容器的电流远小于反激式开关电源。端正激开关电源由于是电感输入式滤波方式，流入滤波电容器的电流远小于反激式开关电源。n n在开关频率为在开关频率为50kHz50kHz或以下时，可以按

25、每输出或以下时，可以按每输出1A1A电流电流47010004701000FF考虑。考虑。n n更高的频率时，主要考虑的是输出滤波电容器能否满足对纹波电压和尖峰电压的要求。这时滤波电容器的更高的频率时，主要考虑的是输出滤波电容器能否满足对纹波电压和尖峰电压的要求。这时滤波电容器的ESRESR将成为更主要将成为更主要的参数。的参数。第46页/共92页五、铝电解电容器的失效五、铝电解电容器的失效n n铝电解电容器的时效可分为正常失效和早期失效。铝电解电容器的时效可分为正常失效和早期失效。n n正规铝电解电容器厂商出品的铝电解电容器可以不考虑早期失效，在正常应用条件下，一般可以全寿命使用。正规铝电解电

26、容器厂商出品的铝电解电容器可以不考虑早期失效，在正常应用条件下，一般可以全寿命使用。n n如果用户使用不当还是会出现早期失效的问题。如果用户使用不当还是会出现早期失效的问题。n n随着用户对铝电解电容器性能指标越来越高的追求越来越高，新型铝电解电容器的早期失效问题开始显现出来。随着用户对铝电解电容器性能指标越来越高的追求越来越高，新型铝电解电容器的早期失效问题开始显现出来。第47页/共92页铝电解电容器失效模式及其失效因素铝电解电容器失效模式及其失效因素 n n铝电解电容器正极、负极引出电极和外壳都是是高纯铝，铝电解电容器的介质是在正极表铝电解电容器正极、负极引出电极和外壳都是是高纯铝，铝电解

27、电容器的介质是在正极表面形成的三氧化二铝膜，真正的负极是电解液，工作时相当一个电解槽，只不过正极表面面形成的三氧化二铝膜，真正的负极是电解液，工作时相当一个电解槽，只不过正极表面的阳极氧化层已经形成，不再发生电化学反应，理论上电流为零，由于电极与电解液杂质的阳极氧化层已经形成，不再发生电化学反应，理论上电流为零，由于电极与电解液杂质的存在，会引起微小的漏电流。从现象上看，铝电解电容器常见的失效现象与失效模式有：的存在，会引起微小的漏电流。从现象上看，铝电解电容器常见的失效现象与失效模式有：电解液干涸、压力释放装置动作、短路、开路（无电容量）、漏电流过大等。电解液干涸、压力释放装置动作、短路、开

28、路（无电容量）、漏电流过大等。第48页/共92页压力释放装置动作压力释放装置动作 n n为了防止铝电解电容器中电解液由于内部高温沸腾的气体或电化学过程而产生的气体而引为了防止铝电解电容器中电解液由于内部高温沸腾的气体或电化学过程而产生的气体而引起内部高气压造成铝电解电容器的爆炸。为了消除铝电解电容器的爆炸，直径起内部高气压造成铝电解电容器的爆炸。为了消除铝电解电容器的爆炸，直径8 8毫米以上毫米以上的铝电解电容器均设置了压力释放装置，这些压力释放装置在铝电解电容器内部的气压达的铝电解电容器均设置了压力释放装置，这些压力释放装置在铝电解电容器内部的气压达到尚未使铝电解电容器爆炸的危险压力前动作，

29、泄放出气体。随着铝电解电容器的压力释到尚未使铝电解电容器爆炸的危险压力前动作，泄放出气体。随着铝电解电容器的压力释放装置的动作，铝电解电容器即宣告失效。放装置的动作，铝电解电容器即宣告失效。第49页/共92页铝电解电容器压力释放装置铝电解电容器压力释放装置第50页/共92页电化学过程导致压力释放装置动作电化学过程导致压力释放装置动作 n n铝电解电容器的漏电流就是电化学过程，前面已经详尽论述，不再赘述。电化学过程将产生气体，这些气体的聚积将造成铝电解电容器的漏电流就是电化学过程，前面已经详尽论述，不再赘述。电化学过程将产生气体，这些气体的聚积将造成铝电解电容器的内部气压上升，最终达到压力释放装

30、置动作泄压。铝电解电容器的内部气压上升，最终达到压力释放装置动作泄压。第51页/共92页温度过高导致压力释放装置动作温度过高导致压力释放装置动作 n n铝电解电容器温度过高可能是环境温度过高，如铝电解电容器附近有发热元件或整个电子铝电解电容器温度过高可能是环境温度过高，如铝电解电容器附近有发热元件或整个电子装置就出在高温环境；装置就出在高温环境；n n铝电解电容器温度过高的第二个原因是芯包温度过高。铝电解电容器芯包温度过高的根本铝电解电容器温度过高的第二个原因是芯包温度过高。铝电解电容器芯包温度过高的根本原因是铝电解电容器流过过高的纹波电流。过高的纹波电流在铝电解电容器的原因是铝电解电容器流过

31、过高的纹波电流。过高的纹波电流在铝电解电容器的ESRESR中产生中产生过度的损耗而产生过度的发热使电解液沸腾产生大量气体使铝电解电容器内部压力及急剧过度的损耗而产生过度的发热使电解液沸腾产生大量气体使铝电解电容器内部压力及急剧升高时压力释放装置动作。升高时压力释放装置动作。第52页/共92页瞬时超温瞬时超温 n n通常铝电解电容器的芯包核心温度每降低通常铝电解电容器的芯包核心温度每降低1010，其寿命将增大到原来的一倍。这个核心大，其寿命将增大到原来的一倍。这个核心大致位于电容器的中心，是电容器内部最热的点。可是，当电容器升温接近其最大允许温度致位于电容器的中心，是电容器内部最热的点。可是，当

32、电容器升温接近其最大允许温度时，对于大多数型号电容器在时，对于大多数型号电容器在125125时，其电解液要受到电容器芯包的排挤（时，其电解液要受到电容器芯包的排挤（drivendriven），），导致电容器的导致电容器的ESRESR增大到原来的增大到原来的1010倍。在这种作用下，瞬间超温或过电流可以使倍。在这种作用下，瞬间超温或过电流可以使ESRESR永久永久性的增大，从而造成电容器失效。在高温和大纹波电流的应用中特别要警惕瞬时超温发生性的增大，从而造成电容器失效。在高温和大纹波电流的应用中特别要警惕瞬时超温发生的可能，还要额外注意铝电解电容器的冷却。的可能，还要额外注意铝电解电容器的冷却。

33、第53页/共92页瞬时过电压的产生瞬时过电压的产生n n上电冲击上电冲击n n上电过程中，由于滤波电感释放储能到滤波电容器中，导致滤波电容器的过瞬时过电压。上电过程中，由于滤波电感释放储能到滤波电容器中，导致滤波电容器的过瞬时过电压。第54页/共92页上电过电压示意上电过电压示意第55页/共92页早期失效分析早期失效分析n n开关电源的早期失效几乎全部由输出滤波电解电容器造成。开关电源的早期失效几乎全部由输出滤波电解电容器造成。n n其原因有电容器选择不当；其原因有电容器选择不当；n n也有电容器自身的问题。也有电容器自身的问题。第56页/共92页电容器选择不当电容器选择不当n n电容器选择不

34、当主要反映在反激式开关电源方面。电容器选择不当主要反映在反激式开关电源方面。n n一般认为反激式开关电源的输出滤波电解电容器中的纹波电流不十分大，但是通过实际分析就会发现：一般认为反激式开关电源的输出滤波电解电容器中的纹波电流不十分大，但是通过实际分析就会发现：n n当变压器向输出释放储能的时间约为开关周期的一半时，流过滤波电容器的实际纹波电流将达到输出电流平均值的当变压器向输出释放储能的时间约为开关周期的一半时，流过滤波电容器的实际纹波电流将达到输出电流平均值的129%129%！n n即使在即使在0.60.6倍条件下也会超过倍条件下也会超过120%120%！第57页/共92页n n也就是说设

35、计良好的反激式开关电源，每输出也就是说设计良好的反激式开关电源，每输出1A1A电流，输出滤波电容器就会流过至少电流，输出滤波电容器就会流过至少1.2A1.2A的纹波电流。的纹波电流。n n接下来的问题就是输出滤波电容器可以承受多大电流？接下来的问题就是输出滤波电容器可以承受多大电流？n n以以16V/100016V/1000FF低低ESRESR电解电容器一般均可以承受电解电容器一般均可以承受1A1A1.2A1.2A的纹波电流，也就是说对于的纹波电流，也就是说对于12V12V输出时没安培需要移植或更多的滤波电解电容器才能保证电容器的正常使用。输出时没安培需要移植或更多的滤波电解电容器才能保证电容

36、器的正常使用。第58页/共92页n n如果滤波电容器的可承受纹波电流小于这个数值，电解电容器的寿命就会明显缩短。如果滤波电容器的可承受纹波电流小于这个数值，电解电容器的寿命就会明显缩短。n n因此，在选择输出滤波电解电容器时，需要清楚所选用的电容器是否能够满足纹波电流的要求。因此，在选择输出滤波电解电容器时，需要清楚所选用的电容器是否能够满足纹波电流的要求。第59页/共92页电解电容器的品质问题电解电容器的品质问题n n在这里所说的品质问题并不是漏电流问题，而是电解电容器常规测试时是正常的，但是在应用时出现大量的早期失效问题。在这里所说的品质问题并不是漏电流问题，而是电解电容器常规测试时是正常

37、的，但是在应用时出现大量的早期失效问题。这就是水合反应。这就是水合反应。第60页/共92页铝电解电容器的水合反应铝电解电容器的水合反应n n通过化学知识可以知道，常温下纯铝不能与水反应；通过化学知识可以知道，常温下纯铝不能与水反应；n n然而，在高温下，纯铝可以与水发生水合反应。然而，在高温下，纯铝可以与水发生水合反应。n n在拼命追求超低在拼命追求超低ESRESR的用户要求大趋势下，有些铝电解电容器制造商为了尽可能降低电解液的电阻而增加水的比例，这就为的用户要求大趋势下，有些铝电解电容器制造商为了尽可能降低电解液的电阻而增加水的比例，这就为铝电解电容器高温条件下的水合反应创造了条件。铝电解电

38、容器高温条件下的水合反应创造了条件。第61页/共92页水合反应的后果水合反应的后果n n水合反应会在铝电解电容器的负极箔表面形成电阻率非常高的铝水合物。水合反应会在铝电解电容器的负极箔表面形成电阻率非常高的铝水合物。n n随着铝水合物的增长负极箔的电阻越来越大，在纹波电流作用下电解电容器的发热就会更加剧烈，最终导致铝电解电容器随着铝水合物的增长负极箔的电阻越来越大，在纹波电流作用下电解电容器的发热就会更加剧烈，最终导致铝电解电容器爆浆。爆浆。n n如果是多个电容器并联使用，会出现首先第一个爆浆，不久就是第二个、第三个如果是多个电容器并联使用，会出现首先第一个爆浆，不久就是第二个、第三个第62页

39、/共92页由于水合反应导致的铝电解电容器爆浆由于水合反应导致的铝电解电容器爆浆第63页/共92页由于水合反应导致的铝电解电容器爆浆由于水合反应导致的铝电解电容器爆浆第64页/共92页由于水合反应导致的铝电解电容器爆浆由于水合反应导致的铝电解电容器爆浆第65页/共92页水合反应堆解电容器爆浆的特点水合反应堆解电容器爆浆的特点n nESRESR数千倍的增加、电容量丧失殆尽、负极箔比容急剧降低、在显微镜下看会发现负极箔的数千倍的增加、电容量丧失殆尽、负极箔比容急剧降低、在显微镜下看会发现负极箔的“孔孔”基本被堵塞。基本被堵塞。n n将电解电容器拆解会看到至少是负极箔与电容器纸相粘连，甚至整个正负极箔

40、与电容器纸相粘连。将电解电容器拆解会看到至少是负极箔与电容器纸相粘连，甚至整个正负极箔与电容器纸相粘连。n n有些电解电容器制造商回复客户时也说上述问题，但是说是客户使用温度高造成，不承认是电容器的品质问题。有些电解电容器制造商回复客户时也说上述问题，但是说是客户使用温度高造成，不承认是电容器的品质问题。第66页/共92页负极箔与电容器纸相粘连负极箔与电容器纸相粘连第67页/共92页第68页/共92页第69页/共92页负极箔比容下降负极箔比容下降n n材料分析：取解剖的正负铝箔，测试铝箔耐压值材料分析：取解剖的正负铝箔，测试铝箔耐压值.n n 1000uF/16V 1000uF/16V：正箔耐

41、压下降为正箔耐压下降为19.32V(SPEC22.0V),19.32V(SPEC22.0V),比容为比容为52.49uF/cm252.49uF/cm2（49.82SPEC59.36uF/cm249.82SPEC59.36uF/cm2）.负箔耐压正负箔耐压正常为常为1.74V(SPEC1.5V),1.74V(SPEC1.5V),比容下降为比容下降为250 uF/cm2250 uF/cm2（SPEC340 uF/cm2SPEC340 uF/cm2）第70页/共92页正常寿命终了的电解电容器正常寿命终了的电解电容器n n负极箔不与电容器纸相粘连负极箔不与电容器纸相粘连n n负极箔的比容基本不变负极箔

42、的比容基本不变第71页/共92页没有水合反应滤波可以与电容器纸分离没有水合反应滤波可以与电容器纸分离第72页/共92页n n由于用户没有办法将水合反应的早期失效作为电解电容器早期失效的证据向电解电容器制造商索赔。由于用户没有办法将水合反应的早期失效作为电解电容器早期失效的证据向电解电容器制造商索赔。n n只有通过第三方测试电解电容器存在早期失效问题才能作为电解电容器早期失效证据向电解电容器制造商索赔。只有通过第三方测试电解电容器存在早期失效问题才能作为电解电容器早期失效证据向电解电容器制造商索赔。第73页/共92页如何鉴别早期失效？如何鉴别早期失效？n n将可疑的电容器置于额定温度、额定电压、

43、额定纹波电流条件下测试，如果没有达到厂商规定的寿命小时数（通常差距很将可疑的电容器置于额定温度、额定电压、额定纹波电流条件下测试，如果没有达到厂商规定的寿命小时数（通常差距很大）就可以判定是早期失效。大）就可以判定是早期失效。n n需要注意的是电解电容器的出厂批号一定和出问题是同一批次。需要注意的是电解电容器的出厂批号一定和出问题是同一批次。n n常有电解电容器制造商在不同的批次用不同的电解液来改善水合反应问题。常有电解电容器制造商在不同的批次用不同的电解液来改善水合反应问题。第74页/共92页六、购买铝电解电容器需要注意的问题六、购买铝电解电容器需要注意的问题防范质量陷阱！防范质量陷阱！第7

44、5页/共92页不要应用来路不明的铝电解电容器（不要应用来路不明的铝电解电容器（1 1）n n为什么不要应用来路不明的铝电解电容器？最根本的原因是我国的电子元件市场曾经历过拆机件、水为什么不要应用来路不明的铝电解电容器？最根本的原因是我国的电子元件市场曾经历过拆机件、水货、假货充斥市场情况。随着时代的发展，这种现象越来越少。货、假货充斥市场情况。随着时代的发展，这种现象越来越少。n n但是需要注意的是，半导体器件尚可用拆机件，而铝电解电容器绝不能应用拆机件！原因是铝电解电但是需要注意的是，半导体器件尚可用拆机件，而铝电解电容器绝不能应用拆机件！原因是铝电解电容器的寿命在各类电子元件中寿命是最短的

45、。国外报废的电子产品的拆机件中，铝电解电容器的剩余容器的寿命在各类电子元件中寿命是最短的。国外报废的电子产品的拆机件中，铝电解电容器的剩余寿命是最少的。如果仅仅是做实验还能勉强，如果试作产品，其结果是可想而知的。寿命是最少的。如果仅仅是做实验还能勉强，如果试作产品，其结果是可想而知的。第76页/共92页不要应用来路不明的铝电解电容器（不要应用来路不明的铝电解电容器（2 2）n n套膜是伪劣铝电解电容器套膜是伪劣铝电解电容器“翻新翻新”的常用手法。通常将买来的铝电解电容器套上升两档标注额定电压的新套膜热缩管，其的常用手法。通常将买来的铝电解电容器套上升两档标注额定电压的新套膜热缩管，其印刷水平可

46、以以假乱真。印刷水平可以以假乱真。第77页/共92页铝电解电容器的铝电解电容器的“偷电压偷电压”n n由于铝电解电容器的浪涌电压是额定电压的由于铝电解电容器的浪涌电压是额定电压的1.151.15倍，对于倍，对于350V350V耐压的铝电解电容器的浪涌电压为耐压的铝电解电容器的浪涌电压为402V402V，高于，高于220V+20%220V+20%对应的整流峰值电压对应的整流峰值电压370V370V；而对于；而对于300V300V额定电压的铝电解电容器的浪涌电压为额定电压的铝电解电容器的浪涌电压为345V345V，可以满足，可以满足243V243V交流有效值输入电压。交流有效值输入电压。如果用额定

47、电压为如果用额定电压为300V300V的阳极箔替代额定电压的阳极箔替代额定电压400V400V的阳极箔将会大大降低铝电解电容器的成本。有的铝电解电容器生产厂的阳极箔将会大大降低铝电解电容器的成本。有的铝电解电容器生产厂商就是采用这种商就是采用这种“偷电压偷电压”的方法降低生产成本。的方法降低生产成本。第78页/共92页偷偷“电压电压”的后果的后果n n在一般的应用中，为了避免过大的漏电流，延长铝电解电容器的寿命，通常要降低铝电解电容器的使用电压，一般取在一般的应用中，为了避免过大的漏电流，延长铝电解电容器的寿命，通常要降低铝电解电容器的使用电压，一般取0.90.9以以下。下。n n如果选用了偷

48、如果选用了偷“电压电压”的铝电解电容器就将已经留出的电压富裕量丧失殆尽，甚至可能使工作电压超过额定电压，这就使的铝电解电容器就将已经留出的电压富裕量丧失殆尽，甚至可能使工作电压超过额定电压，这就使漏电流大大增加，从而大大的减少了铝电解电容器的寿命。漏电流大大增加，从而大大的减少了铝电解电容器的寿命。第79页/共92页拆机件拆机件n n拆机件通常是国外报废的电子设备上的元件，如果拆的精心，多数器件经过筛选在一般性能上看还是可以用的。唯有铝电拆机件通常是国外报废的电子设备上的元件，如果拆的精心，多数器件经过筛选在一般性能上看还是可以用的。唯有铝电解电容器是绝对不能用的。解电容器是绝对不能用的。n

49、n其原因是，铝电解电容器的寿命相对而言太短了，在额定温度下仅其原因是，铝电解电容器的寿命相对而言太短了，在额定温度下仅1000400010004000小时尽管大多数铝电解电容器生产厂商宣称小时尽管大多数铝电解电容器生产厂商宣称在在4040可以用可以用1010年甚至几十年，但是应用环境是不可预知的，如显示器的内部温度远远不止年甚至几十年，但是应用环境是不可预知的，如显示器的内部温度远远不止4545！因此，几年下来，铝电！因此，几年下来，铝电解电容器所剩下的有效寿命一般很低，不能用于电子产品。解电容器所剩下的有效寿命一般很低，不能用于电子产品。第80页/共92页翻新铝电解电容器翻新铝电解电容器n

50、n翻新铝电解电容器也比较恶劣，通常是收集国外下线铝电解电容器，重新浸电解液后封装。尽管国外著名铝电解电容器检翻新铝电解电容器也比较恶劣，通常是收集国外下线铝电解电容器，重新浸电解液后封装。尽管国外著名铝电解电容器检测比国内严格，有些下线的铝电解电容器性能还是接近于国内正品率电解电容器。但是，其性能还是不如国内正牌铝电解测比国内严格，有些下线的铝电解电容器性能还是接近于国内正品率电解电容器。但是，其性能还是不如国内正牌铝电解电容器。电容器。第81页/共92页下线电容器（一）下线电容器（一）n n在国内电子市场上可以看到下线铝电解电容器，通常是一些不负责任的销售商为了获得市场竞争力，到铝电解电容器