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電解電容作用

　　1) 隔直流----作用是阻止直流通過而讓交流通過。

　　2) 濾波----在電源電路中，整流電路將交流變成脈動的直流，而在整流電路之后接入一個較大容量的電解電容，利用其充放電特性(儲能作用)，使整流后的脈動直流電壓變成相對比較穩定的直流電壓。

　　3) 耦合作用----在低頻信號的傳遞與放大過程中，為防止前后兩級電路的靜態工作點相互影響，常采用電容藕合.作為兩個電路之間的連接，允許交流信號通過并傳輸到下一級電路。

　　4)旁路----為交流電路中某些并聯的元件提供低阻抗通路。

　　5)儲能----儲存電能，用于必須要的時候釋放。

　　6) 溫度補償----針對其它元件對溫度的適應性不夠帶來的影響，而進行補償，改善電路的穩定性。

　　7) 調諧----對與頻率相關的電路進行系統調諧，比如手機、收音機、電視機。

鋁電臥式電解電容容量隨頻率的增加而減小

 這里的電解電容器主要指鋁電解電容器，其基本的電參數bao括下列五點：

1、電容值

    電解電容器的容值，取決于在交流電壓下工作時所呈現的阻抗。因此容值，也就是交流電容值，隨著工作頻率、電壓以及測量方法的變化而變化。在標準JISC 5102 規定：鋁電解電容的電容量的測量條件是在頻率為 120Hz，zui大交流電壓為 0.5Vrms，DC bias 電壓為1.5 ～ 2.0V 的條件下進行。可以斷言，鋁電解電容器的容量隨頻率的增加而減小。

2、損耗角正切值 Tan δ

在電容器的等效電路中，串聯等效電阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比稱之為 Tan δ， 這里的 ESR 是120Hz 下計算獲得的值。顯然，Tan δ 隨著測量頻率的增加而變大，隨測量溫度的下降而增大。

3、阻抗 Z

在特定的頻率下，阻礙交流電流通過的電阻即為所謂的阻抗（Z）。它與電容等效電路中的電容值、電感值密切相關，且與 ESR 也有關系。

Z = √ [ESR2 + (XL - XC)2 ]

9式中，XC = 1 / ωC = 1 / 2πfC

XL = ωL = 2πfL

電容的容抗（XC）在低頻率范圍內隨著頻率的增加逐步減小，頻率繼續增加

達到中頻范圍時電抗（XL）降至 ESR 的值。當頻率達到高頻范圍時感抗（XL）

變為主導，所以阻抗是隨著頻率的增加而增加。

4、漏電流

電容器的介質對直流電流具有很大的阻礙作用。然而，由于鋁氧化膜介質上

浸有電解液，在施加電壓時，重新形成的以及修復氧化膜的時候會產生一種很小

的稱之為漏電流的電流。通常，漏電流會隨著溫度和電壓的升高而增大。

5、紋波電流和紋波電壓

在一些資料中將此二者稱做“漣波電流”和“漣波電壓”，其實就是 ripple

current，ripple voltage。 含義即為電容器所能耐受紋波電流/電壓值。 它們和

ESR 之間的關系密切，可以用下面的式子表示：

Urms = Irms × R

式中，Vrms 表示紋波電壓

Irms 表示紋波電流

R 表示電容的 ESR

由上可見，當紋波電流增大的時候，即使在 ESR 保持不變的情況下，漣波

電壓也會成倍提高。換言之，當紋波電壓增大時，紋波電流也隨之增大，這也是

要求電容具備更低 ESR 值的原因。疊加入紋波電流后，由于電容內部的等效串

連電阻（ESR）引起發熱，從而影響到電容器的使用壽命。一般的，紋波電流與

頻率成正比，因此低頻時紋波電流也比較低。

電解電容壽命問題主要依賴于電路設計，由于參數變量導致的裝置故障并不一定意味著設備故障。這意味著鋁電解電容器的實際壽命可能會長于給定使用壽命。使用壽命有關數據來自于業內使用經驗以及加速試驗。

 在低于額定值的負載下（比如較低的工作電壓、電流及環境溫度）運行電容器以及采用適當的散熱措施均可延長使用壽命。除標準系列外，卓昊電子可照客戶特殊要求提供其它使用長壽命電解電容器。

1、鋁電解電容負載條件

 IEC基于以下條件定義了有液體電解液（科尼盛擁有自主知識產權的電解液配方）電容器的使用壽命：

外型尺寸

　　外型尺寸與重量及接腳型態相關。single ended是徑向引線式，screw是鎖螺絲式，另外還有貼片鋁電解電容等。至於重量，同容量同耐壓，但品牌不同的兩個電容做比較，重量一定不同；而外型尺寸更與外殼規劃有關。一般來說，直徑相同、容量相同的電容，高度低的可以用高度大的電容，但是長度高的替低的電容時就要慮機構干涉問題。

ESR

　　一只電容器會因其構造而產生各種阻抗、感抗。ESR等效串聯電阻及ESL等效串聯電感是一對重要參數─這就是容抗的基礎。一個等效串聯電阻（ESR）很小的電容相對較大容量的外部電容能很好地吸收快速轉換時的峰值（紋波）電流。用 ESR 大的電容并聯更具成本效益。然而,這需要在 PCB 面積、器件數目與成本之間尋求折衷。

紋波電流和紋波電壓

　　在有的資料中稱作漣波電流和漣波電壓，其實就是 ripple current，ripple voltage。含義就是電容器所能耐受紋波電流/電壓值。紋波電壓等于紋波電流與ESR的乘積。

　　當紋波電流增大的時候，即使在 ESR 保持不變的情況下，紋波電壓也會成倍提高。換言之，當紋波電壓增大時，紋波電流也隨之增大，這也是要求電容具備更低 ESR 值的原因。疊加入紋波電流后，由于電容內部的等效串連電阻（ESR）引起發熱，從而影響到電容器的使用壽命。一般的，紋波電流與頻率成正比，因此低頻時紋波電流也比較低。

　　額定紋波電流是在zui高工作溫度條件下定義的數值。而實際應用中電容的紋波承受度還跟其使用環境溫度及電容自身溫度等級有關。規格書目通常會提供一個在特定溫度條件下各溫度等級電容所能夠承受的zui大紋波電流。甚至提供一個詳細圖表以幫助使用者迅速查找到在一定環境溫度條件下要達到某期望使用壽命所允許的電容紋波量。

高頻低阻電解電容缺點：漏電流大 、誤差大 、穩定性差 、壽命隨溫度的升高下降很快。

　　數字電路中使用的鋁質電解電容一般用于電源平滑濾波，除容量、耐壓、容量誤差、工作溫度、封裝尺寸等熟知的參數外，還有兒個有關電容器品質的重要參數，bao括損耗角正切、漏電流、等效串聯電阻ESR、允許的紋波電流、使用壽命等。這些參數不標在成品封裝外皮上，只在產品規格書中體現的，但這些參數有可能是關系電路性能的關鍵。

  高頻低阻電解電容容量和額定工作電壓

　　鋁電解電容本體上標有的容量和耐壓，這兩個參數是很重要，是選用電容最基本的內容。

　一：溫度對電容器壽命的影響。

　　一 般情況下，電容的壽命隨溫度的升高而縮短，最明顯的是電解電容器。一個極限工作溫度為85℃的電解電容器，在溫度為20℃的條件下工作時，一般情況可以保證181019小時的正常工作時間;而在極限溫度85℃的條件下工作時，一般情況僅僅可以保證2000小時的正常工作時間。由此可見，溫度對電容器的壽命有非常大的影響。

　　二：溫度與電容的損耗成正比。

　　任何電容器都有一個損耗角正切值，也就是損耗值。一般情況下，正切值會隨溫度的升高而加大，以CC10型高頻瓷介電容舉個例子，在20℃左右的情況下，正切值為0.0012，在85℃溫度時，正切值為0.0018，可以看出溫度對電容器的損耗影響還是挺大的。

   三相交流電經橋式整流轉變成直流電，再經電容CF濾波，施加到由GTR1-GTR6組成的逆變橋逆變成電壓和頻率可調的三相交流電，供給三相異步電動機。其電壓和頻率的協調控制由變頻控制器實現。

　　該系統濾波電容的作用是：

　　(1)起濾波作用，用來限制逆變器輸進端電壓的脈動；

　　(2)當異步電動機運行于再生制動狀態時，吸收經逆變橋回送到直流環節的電能。

　　很顯然，該系統的直流濾波環節就是濾波電容CF。該系統濾波參數的計算就回結為電容參數CF的計算。

　　2 直流環節的等效電路及充放電電流的計算

　　基于如下幾個方面的慮：

　　(1)逆變器在工作過程中，電容兩端電壓的峰-峰值應當小于指標規定的數值；

　　(2)直流環節的損耗應保持在zui小值；

　　(3)逆變器和感應電動機中產生的瞬變現象應充分得到阻尼；

　　(4)直流環節的參數應不影響整個系統的穩定性。

影響電解電容壽命的因素

電解電容廣泛應用在電力電子的不同領域，主要是用于平滑、儲存能量或者交流電壓整流后的濾波，另外還用于非精密的時序延時等。在開關電源的MTBF預計時，模型分析結果表明電解電容是影響開關電源壽命的主要因素，因此了解、影響電容壽命的因素非常重要。

　　電解電容的壽命取決于其內部溫度。因此，電解電容的設計和應用條件都會影響到電解電容的壽命。從設計角度，電解電容的設計方法、材料、加工工藝決定了電容的壽命和穩定性。而對應用者來講，使用電壓、紋波電流、開關頻率、安裝形式、散熱方式等都影響電解電容的壽命。

電解電容壽命問題主要依賴于電路設計，由于參數變量導致的裝置故障并不一定意味著設備故障。這意味著鋁電解電容器的實際壽命可能會長于給定使用壽命。使用壽命有關數據來自于業內使用經驗以及加速試驗。

 在低于額定值的負載下（比如較低的工作電壓、電流及環境溫度）運行電容器以及采用適當的散熱措施均可延長使用壽命。除標準系列外，卓昊電子可照客戶特殊要求提供其它使用長壽命電解電容器。

1、鋁電解電容負載條件

 IEC基于以下條件定義了有液體電解液（科尼盛擁有自主知識產權的電解液配方）電容器的使用壽命：

 --額定電壓

 --額定紋波電流（疊加在直流電壓上的交流電壓峰值不能超過額定電壓）

 --額定溫度

設計上慮因素

　　在非固態電解液的電容里，電介質為陽極鋁箔氧化層。電解液作為陰極鋁箔和陽極鋁箔氧化層之間的電接觸。吸收電解液的紙介層成為陰極鋁箔與陽極鋁箔之間的隔離層，鋁箔通過電極引接片連接到電容的終端。

　　.　通過降低ESR值，可減少電容內由紋波電流引起的內部溫升。這可通過采用多個電極引接片、激光焊接電極等措施實現。

　　ESR值和紋波電流決定了電容的溫升。促使電容能有滿意的ESR值的主要措施之一是：通常用一個或多個金屬電極引接片連接外部電極和芯bao，降低芯bao和引腳之間的阻抗。芯bao上的電極引接片越多，電容的ESR值越低。借助于激光焊接技術，可在芯bao上加上更多的電極引接片，因此使電容能達到較低的ESR值。這也意味著電容能經受更高的紋波電流和具有較低內部溫升，也就是說更長的工作壽命。這樣做也有利于提高電容抗擊震動的能力，否則有可能導致內部短路、高的漏電流、容值損失、ESR值的上升和電路開路。

　　.　通過對電容芯bao和鋁殼底部之間良好的機械接觸及通過芯bao中間的熱沉，可將電容內部熱量有效地從鋁殼底部釋放到與之聯接的底板。

　　內部熱傳導設計對于電容的穩定性和工作壽命極其重要。在Evox Rifa公司的設計中，負極鋁箔被延長到可直接接觸電容鋁殼厚的底部。這底部就成為芯bao的散熱片，以使熱點的熱量能釋放。如選用帶螺栓安裝方式，安全地將電容安裝到底板上（通常為鋁板），可得到更為quan面的具有較低熱阻（Rth.）的熱傳導解決方案。

　　.　通過采用整體繞注有電極的酚醛塑料蓋和雙重的te制的封墊與鋁殼緊密咬合，可大大減少電解液的損失。

　　電解液通過密封墊的蒸發決定了長壽命的電解電容工作時間。當電容的電解液蒸發到一定程度，電容將最終失效（這個結果會因內部溫升而加速）。Evox Rifa公司設計的雙層密封系統可減緩電解液蒸發速度，使電容達到其最長的工作壽命。

　　以上這些特性保證了電容在要求的領域中具有很長的工作壽命。

　一：溫度對電容器壽命的影響。

　　一 般情況下，電容的壽命隨溫度的升高而縮短，最明顯的是電解電容器。一個極限工作溫度為85℃的電解電容器，在溫度為20℃的條件下工作時，一般情況可以保證181019小時的正常工作時間;而在極限溫度85℃的條件下工作時，一般情況僅僅可以保證2000小時的正常工作時間。由此可見，溫度對電容器的壽命有非常大的影響。

　　二：溫度與電容的損耗成正比。

　　任何電容器都有一個損耗角正切值，也就是損耗值。一般情況下，正切值會隨溫度的升高而加大，以CC10型高頻瓷介電容舉個例子，在20℃左右的情況下，正切值為0.0012，在85℃溫度時，正切值為0.0018，可以看出溫度對電容器的損耗影響還是挺大的。

在實際電容選型中，對電流變化節奏快的地方要用容量較大的電容，但并非容量越大越好，首先，容量增大，成本和體積可能會上升，另外，電容越大充電電流就越大，充電時間也會越長。這些都是實際應用選型中要慮的。

　　額定工作電壓：在規定的工作溫度范圍內，電容長期可靠地工作，它能承受的zui大直流電壓。在交流電路中，要注意所加的交流電壓zui大值不能超過電容的直流工作電壓值。常用的固定電容工作電壓有6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、2500V、400V、500V、630V。電容在電路中實際要承受的電壓不能超過它的耐壓值。

　　在濾波電路中，電容的耐壓值不要小于交流有效值的1.42倍。另外還要注意的一個問題是工作電壓裕量的問題，一般來說要在15％以上。例如某電容的額定電壓是50V，雖然涌浪電壓可能高至63V，但一般zui高只會施加42V電壓。

　　讓電容器的額定電壓具有較多的余裕，能降低內阻、降低漏電流、降低損失角、增加壽命。雖然說， 48V的工作電壓使用50V的鋁電解電容短時間不會出現問題，但使用久了，壽命就有可能降低。

介質損耗

　　電容器在電場作用下消耗的能量，通常用損耗功率和電容器的無功功率之比，即損耗角的正切值表示（在電容器的等效電路中，串聯等效電阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比稱之為 Tan δ，這里的 ESR 是在 120Hz 下計算獲得的值。顯然，Tan δ隨著測量頻率的增加而變大，隨測量溫度的下降而增大）。損耗角越大，電容器的損耗越大，損耗角大的電容不適于高頻情況下工作。散逸因數dissipationfactor(DF)存在於所有電容器中，有時DF值會以損失角tanδ表示。此參數愈低愈好。但鋁電解電容此參數比較高。

　　DF值是高還是低，就同一品牌、同一系列的電容器來說，與溫度、容量、電壓、頻率……都有關系；當容量相同時，耐壓愈高的DF值就愈低。此外溫度愈高DF值愈高，頻率愈高DF值也會愈高。

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　一：溫度對電容器壽命的影響。

　　一 般情況下，電容的壽命隨溫度的升高而縮短，最明顯的是電解電容器。一個極限工作溫度為85℃的電解電容器，在溫度為20℃的條件下工作時，一般情況可以保證181019小時的正常工作時間;而在極限溫度85℃的條件下工作時，一般情況僅僅可以保證2000小時的正常工作時間。由此可見，溫度對電容器的壽命有非常大的影響。

　　二：溫度與電容的損耗成正比。

　　任何電容器都有一個損耗角正切值，也就是損耗值。一般情況下，正切值會隨溫度的升高而加大，以CC10型高頻瓷介電容舉個例子，在20℃左右的情況下，正切值為0.0012，在85℃溫度時，正切值為0.0018，可以看出溫度對電容器的損耗影響還是挺大的。

  作為開關電源的輸出整流濾波電容器，臥式電解電容往往是首要的選擇，鋁電解電容器的電容量wq可以滿足要求，而ESR則相對比較高。可以通過多只并聯的方法降低ESR。也可以選擇更大的電容量來降低ESR

　 　ESR是高頻電解電容里面最重要的性能參數，很多電容供應商都強調“LOW ESR”這一性能特征，也就是ESR值很小的意思。那么，我們如何正確理解LOW ESR的實際意義呢?由于現在電子技術的發展，供應給硬件的電壓正呈現越來越低的趨勢，例如FPGA、DSP、RAM系列的供電電壓都是很低，有的電路電 壓小于2V，相比以前動輒3、4V的電壓要低得多。但是，另一方面這些芯片由于晶體管和頻率爆增，需求的功耗卻是有增無減，因此按P=UI的公式來計算， 這些設備對電流的要求就越來越高了。

　　比如在電腦主板上，例如兩顆功耗同樣是70W的CPU，前者電壓是3.3V，后者電壓是 1.8V。那么，前者的電流就是I=P/U=70W/3.3V大約在21.2A左右。而后者的電流就是I=P/U=70W/1.8V=38.9A，達到了 前者的近一倍。在通過電容的電流越來越高的情況下，假如電容的ESR值不能保持在一個較小的范圍，那么就會產生比以往更高的漣波電壓(理想的輸出直流電壓 應該是一條水平線，而漣波電壓則是水平線上的波峰和波谷)。

　　此外，即使是相同的漣波電壓，對低電壓電路的影響也要比在高電壓情況下更 大。例如對于3.3V的MCU而言，0.2V漣波電壓所占比例較小，還不足以形成致命的影響，但是對用于1.8V供電的FPGA、DSP而言，同樣是 0.2V的漣波電壓，其所占的比例就足以造成數字電路的判斷失誤。

　　那么ESR值與漣波電壓的關系何在呢?我們可以用以下公式表示：

　　V=R(ESR)×I

　　這個公式中的V就表示漣波電壓，而R表示電容的ESR，I表示電流?？梢钥吹?，當電流增大的時候，即使在ESR保持不變的情況下，漣波電壓也會成倍提高，采用更低ESR值的電容是勢在必行。這就是為什么如今的板卡等硬件設備上所用的電容，越來越強調低ESR的原因。

 電解電容降壓工作原理是利用電容在一定的交流信號頻率下產生的容抗來限制zui大工作電流。

 在50Hz的工頻條件下,一個1uF的電容所產生的容抗約為3180歐姆。當220V的交流電壓加在電容器的兩端,則流過電容的zui大電流約為70mA。雖然流過電容的電流有70mA,但在電容器上并不產生功耗,應為如果電容是一個理想電容,則流過電容的電流為虛部電流,它所作的功為無功功率。

 根據這個特點,我們如果在一個1uF的電容器上再串聯一個阻性元件,則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產生的功耗wq取決于這個阻性元件的特性。例如,我們將一個110V/8W的燈泡與一個1uF的電容串聯,在接到220V/50Hz的交流電壓上,燈泡被點亮,發出正常的亮度而不會被燒毀。因為110V/8W的燈泡所需的電流為8W/110V=72mA,它與1uF電容所產生的限流特性相吻合。

  同理,我們也可以將5W/65V的燈泡與1uF電容串聯接到220V/50Hz的交流電上,燈泡同樣會被點亮,而不會被燒毀。因為5W/65V的燈泡的工作電流也約為70mA。因此,電容降壓實際上是利用容抗限流。而電容器實際上起到一個限制電流和動態分配電容器和負載兩端電壓的角色。

溫度影響電容的絕緣電阻。

　　一般情況下，電容的絕緣電阻隨溫度的升高而降低，絕緣電阻??降低又將導致電容的漏電流增大，所以在正常溫度下電容的工作是最穩定的。

　　溫度影響電容的容量。

　　電容的容量隨溫度的變化而變化，在設計精密電容定時電路和由電容決定頻率的振蕩電路時，應該充分慮到溫度對電容容量的影響，否則，所設計的電容定時電路就會定時不準確;振蕩電路的振蕩頻率就會隨溫度的變化而變化。

選擇電容器種類時用。 　　

1、標稱電容量(CR)：電容器產品標出的電容量值。 　　云母和陶瓷介質電容器的電容量較低(大約在5000pF以下)；紙、塑料和一些陶瓷介質形式的電容量居中(大約在0005μF10μF)；通常電解電容器的容量較大。這是一個粗略的分類法。 　　

2、類別溫度范圍：電容器設計所確定的能連續工作的環境溫度范圍，該范圍取決于它相應類別的溫度極限值，如上限類別溫度、下限類別溫度、額定溫度(可以連續施加額定電壓的zui高環境溫度)等。 　　

3、額定電壓(UR)：在下限類別溫度和額定溫度之間的任一溫度下，可以連續施加在電容器上的zui大直流電壓或zui大交流電壓的有效值或脈沖電壓的峰值。 　　

電容器應用在高壓場合時，必須注意電暈的影響。電暈是由于在介質/電極層之間存在空隙而產生的，它除了可以產生損壞設備的寄生信號外，還會導致電容器介質擊穿。在交流或脈動條件下，電暈特別容易發生。對于所有的電容器，在使用中應保證直流電壓與交流峰值電壓之和不的超過直流電壓額定值。 　　

4、損耗角正切(tanδ)：在規定頻率的正弦電壓下，電容器的損耗功率除以電容器的無功功率。 　　

這里需要解釋一下，在實際應用中，電容器并不是一個純電容，其內部還有等效電阻，它的簡化等效電路如下圖所示。圖中C為電容器的實際電容量，Rs是電容器的串聯等效電阻，Rp是介質的絕緣電阻，Ro是介質的吸收等效電阻。對于電子設備來說，要求Rs愈小愈好，也就是說要求損耗功率小，其與電容的功率的夾角δ要小。 　　

這個關系用下式來表達： tanδ=Rs/Xc=2πf×c×Rs 因此，在應用當中應注意選擇這個參數，避免自身發熱過大，以減少設備的失效性。 　　

5、電容器的溫度特性：通常是以20℃基準溫度的電容量與有關溫度的電容量的百分比表示。 　　

6.電容器是最簡單的電池，而且有充電快，容量大，等優點。

 led燈具的壽命受電解電容壽命制約，這已經是個不爭事實，而市面上充斥著大量的短壽命低劣的電解電容，再加上現在都在拼價，所以一些廠家不顧質量而去采用這些低劣的短壽命電解電容，故此在led市場上就經常出現了各種偽劣產品了。（即使有3.15也無法杜絕）如何提高電解電容壽命呢？    

  電解電容的壽命取決于它工作時的環境溫度

電解電容的壽命是怎么定義的呢？當然是以小時定義的。但是如果一個電解電容的壽命指標是1,000小時，并不是說一千小時以后這個電解電容就壞了，不是的，而只是說這個電解電容的容量在1000小時以后容量減小了一半，本來是20uF，現在只有10uF了。

另外，電解電容的壽命指標還有一個特點，是一定要說明在多少度的工作環境溫度情況下的壽命。而且通常都是規定為在105℃環境溫度下的壽命。

這是因為我們現在常用的電解電容都是采用液態電解液的電解電容，如果電解液干了，電容量當然就沒有了。溫度越高，電解液就越容易蒸發。所以電解電容的壽命指標必須注明是在什么環境溫度下的壽命。

所以目前所有電解電容都是標出在105℃下的壽命。比如說最普通的電解電容，在105℃時的壽命只有1,000小時。但是如果就以為所有電解電容的壽命都只有1,000小時。那就大錯特錯了。

簡單地說，如果環境溫度高于105℃，那么它的壽命就會低于1,000小時，如果環境溫度低于105℃，那么它的壽命就高于1,000小時。那么壽命和溫度之間有沒有一個大致的定量關系呢？有的！

有一個最簡單而容易計算的關系，那就是環境溫度每升高10度，壽命就降低一半；反過來，環境溫度每降低10度，壽命就增加一倍。當然這只是一個簡單的估算，但也是相當準確的。

因為用于LED驅動電源的電解電容，肯定都是放在LED燈具外殼內部的，所以我們只要知道LED燈具內部的溫度就可以知道電解電容的工作壽命了。