介绍
众所周知，开关电源是信息家电的主要电源，为电子设备的小型化和便携化做出了不可磨灭的贡献。随着小型化、轻量化和高效率的不断发展，开关电源在电子设备中的应用越来越多，普及程度也越来越高。因此，要求电解电容器尺寸小、容量大、耐纹波电流、高频阻抗低、高温下使用寿命长，并且更适合于高密度组装。1电容和体积
由于大部分电解电容采用卷绕结构，容易扩大体积，所以单位体积的电容很大，比其他电容大几倍到几十倍。但是，大电容的获得是以体积的扩大为代价的。现代开关电源要求效率越来越高，体积越来越小。因此，有必要寻求新的解决方案来获得具有大电容和小体积的电容器。
一旦有源滤波电路用于开关电源的原边，铝电解电容器的使用环境变得比以前更加恶劣:
(1)高频脉冲电流主要是20 kHz~100kHz的脉动电流，且大幅增加；
(2)变流器主开关管发热，导致铝电解电容器环境温度升高；
(3)升压电路多用于变换器，所以需要高压铝电解电容。这样以前的技术制造的铝电解电容器，因为要吸收比以前更大的脉动电流，所以不得不选择大尺寸的电容器。结果，电源体积庞大，难以用于小型化的电子设备中。为了解决这些问题，有必要研究和开发一种新型的电解电容器，这种电容器体积小，耐高电压，并允许大量高频脉冲电流流过。另外，这种电解电容器，在高温环境下工作，工作寿命长。
2承受温度和寿命。
在开关电源的设计过程中，选择合适的电容是不可避免的。就100μF以上的中大容量产品而言，铝电解电容器因其价格低廉，至今仍被广泛使用。但* *近年来变化明显，避免使用铝电解电容器的情况越来越多。造成这种变化的一个原因是铝电解电容器的寿命往往成为整个设备的薄弱环节。功率模块厂家的工程师说:“对于铝电解电容器，寿命有限，如果能用就尽量不要用。”因为铝电解电容器内部的电解液会蒸发或产生化学变化，静电容量降低或等效串联电阻(ESR)增大，随着时间的推移，电容器性能肯定会变差。
电解电容器的使用寿命与电容器长期工作的环境温度直接相关。温度越高，电容器的使用寿命越短。普通电解电容器在环境温度为90℃时已经损坏。然而，环境温度高的电解电容器种类繁多。当环境温度为90℃，通过电解电容器的交流电流与额定脉冲电流之比为0.5时，使用寿命仍为10000小时。但是，如果温度上升到95℃，电解电容就会损坏。因此，在选择电容器时，应根据具体的环境温度等参数进行选择。如果忽略环境温度对电容器寿命的影响，电源的可靠性和稳定性将大大降低， 甚至会损坏设备和仪器。一般来说，电解电容器在80℃的环境温度下工作时，一般能满足10000小时寿命的要求。
3频率特性和阻抗
对于中小输出功率的开关电源，除了少数因价格限制仍使用20~40kHz外，大部分都在50kHz以上；大多数DC/DC功率模块都在300kHz以上；大功率开关电源的开关频率受主开关(一般为IGBT)开关速度的限制，一般为20~40kHz。虽然开关频率不同，但开关电源输出整流滤波电容的作用基本相同，主要是吸收开关频率及其高次谐波频率的电流分量，滤除其纹波电压分量。
从图中可以看出，随着频率的增加，容抗减小，感抗增大。容抗与感抗相等并相互抵消时的频率就是铝电解电容器的谐振频率。此时阻抗为* * *，只剩下ESR。如果ESR为零，此时的阻抗也为零；频率继续上升，感抗开始大于容抗。当感抗接近ESR时，阻抗频率特性开始上升，这是感性的。从这个频率开始，电容器就是一个电感。由于制造过程，电容越大，寄生电感越大， 谐振频率越低，电容器的电感频率越低。这就要求它在开关稳压电源的工作频带内具有较低的等效阻抗。同时对于半导体器件开始工作时产生的高达数百千赫兹的峰值噪声也能有很好的滤波效果。一般普通电解电容在低频时的阻抗在10kHz左右，其阻抗开始出现电感，不能满足开关电源的要求。
开关稳压电源输出整流用电解电容的阻抗频率特性要求在300kHz甚至500kHz时不呈上升趋势。电解电容ESR低，能有效滤除开关稳压电源中的高频纹波和峰值电压。而普通电解电容在100kHz后开始呈现上升趋势，对开关电源输出的整流滤波效果相对较差。笔者在实验中发现，普通CDII中用于开关电源输出滤波的4700μF，16V电解电容的纹波和峰值不低于CD03HF 4700μF，16V高频电解电容，普通电解电容的温升相对较高。当负载突变时， 普通电解电容的瞬态响应远不如高频电解电容。
为了提高开关电源的效率，工作频率一直在提高，特别是在小型高输出开关电源中，输入滤波电容要求在输出端具有高纹波和低阻抗。为了使输出滤波电容在高频时具有低阻抗，必须降低等效串联电阻。
4、纹波电流容差
表1不同开关转换器电路拓扑下整流器和滤波器的纹波电流和开关电流
就平板电视而言，为了承受大电流，需要进一步降低电容的ESR。原因是在数字设备中，随着功能的增加，电路的电流有增加的趋势。对于液晶电视中MPEG编解码的图像处理电路，2006年一个芯片中电源电路的电流在3A左右。据相关人士预测，在增加电路规模以满足全H D的要求后，芯片中的电流将增加到5A左右，2008年左右将达到8A~9A。
如果ESR很小，当大电流流过时，电容器的输出电压几乎不会降低。随着电流的增加而降低ESR的要求可能是促进电容器更换过程的主要原因。与铝电解电容器近1ω的ESR相比，多层陶瓷电容器的ESR非常小，小于10mΩ。导电聚合物电容器的ESR通常为数十mω，ESR小于10mΩ。铝电解电容器也在开发ESR比较小的产品，大概是一般产品的1/2~1/3。
5、可靠性水平
开关电源是一种具有开关控制的DC稳压电源，因其体积小、重量轻、效率高而广泛应用于各种通讯设备、家用电器、计算机及其终端设备中。作为具有输入滤波平滑功能的铝电解电容器，其质量和可靠性直接影响开关电源的可靠性。一旦铝电解电容器失效，就会导致开关稳压电源失效。
开关稳压电源用铝电解电容器的失效模式包括击穿失效、开路失效、漏液失效和电参数超差失效。其中，击穿失效分为介质击穿和热击穿。对于大功率、大电流输出的开关电源中使用的电解电容，热击穿故障往往占一定比例。开关电源用铝电解电容器的主要失效形式是铝引出棒断裂，电蚀导致电容器芯子干枯。漏液是开关稳压电源用铝电解电容器的常见故障形式。由于使用环境和工作状态恶劣，经常发生漏液故障。开关电源中使用的铝电解电容器的常见失效模式是电容降低， 增加漏电流和增加损耗角的正切值。
6.摘要
电解电容在电子电路中是必不可少的，随着电子设备的小型化，越来越要求电解电容具有更好的频率特性，更低的ESR，更低的阻抗，更低的ESL，更高的耐压和无铅，这也是电解电容未来的发展方向。采用铌、钛等新型介电材料并改进其结构，可以实现电容器的小型化和大容量化。通过开发新的电解液，优化工艺和结构，可以实现低ESR和低ESL，产品将向更高电压方向发展。在快速发展的信息技术领域，电容器将永远是关键元件之一，我们将通过应用新技术和新材料，继续开发高性能电容器，以满足信息时代的需求。
