随着开关电源设备迅猛发展,为适应市场需求,开关电源趋向于小型化、轻便化、集成电路模块化。其对构成开关电源的重要元件电解电容器性能的要求也越来越高,本文从小型化、高频低阻抗化、长寿命化和耐纹波电流等方面分析了开关电源的发展对电解电容器性能的要求。一、电解电容器介绍电解电容器可看成是由二个极板组成,其中作为阳极板的是采用特定的阀金属(铝、钽、铌等金属),并在该金属表面上借助于电化学方法生成一极薄且具有单向导电性的氧化膜作为介质,而阴极板通常是采用能生成和修复介质氧化膜的液状或固状的电解质。电解电容器是开关电源中一次和二次回路滤波电路中的器件之一。通常,电解电容器的等效电路可以认为是阳极箔的容量、损坏的阳极氧化膜绝缘电阻、具体有单向导电性的阳极氧化膜(相当于二极管)并联,与电极和引出端子的电阻,阳极氧化膜与电解质的电阻,阴极箔容量,电极及引出端子所引出的等效电感的串联,如图1所示。图1电解电容器的等效电路开关电源不断的小型化、轻便化、集成电路模块化和,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,高温度长寿命化,耐大纹波电流,高频低阻抗化和更适应高密度组装。二、电解电容器性能要求小体积、大容量由于电解电容器阳极为腐蚀多孔的阀金属且表面生成一层极薄的介质氧化膜,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。

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纹波电流对铝全新铝电解电容器回收的影响主要是在ESR上产生功耗使铝电解电容器发热,进而缩短使用寿命。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。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。
有极性电解电容器并联电路见下图。两只电容的正极相连、负极相连,它们并联后还是一个有极性电解电容,其容量为两只电容的容量之和。需要注意的是,两只电容并联时,不能一只电容的正极与另一只电容的负极相连,否则在电路中会因一个电容极性接反而发生。两只大电解电容并联电路如下图。C1,C2都是510uF的电解电容,这种电容并联电路用于电源滤波,或在OTL功放电路输出回路中作为输出端的耦合电容。使用两只大电解电容并联的主要目的是:1、提高电路工作可靠性有一只电容开路后,另一只电容仍能够使电路正常工作,这样可降低电路的故障发生率。2、减小电容器漏电流容量大的电容器漏电流大,两只电容并联后的漏电流小于一只电容的漏电流。3、加大容量当采用一只大电容后电路效果不理想时,可以再用一只大电容并联。4、降低成本容量越大的电容价格越贵,两只容量减小一半的电容的价格加起来还不到一个大电容的价格。5、减小电容器的体积一只容量大一倍的电容,其体积要大出很多,但有空间受限的情况时,可用两只电容并联来解决。有极性电解电容器逆串联电路有极性电解电容的逆串联主要是为了得到一个无极性的电解电容。见下图。逆串联电路有两种,下图a所示是两只电容正极相连,图b所示是两只电容负极相连。无论那种逆串联电路,电路效果是一样的,逆串联后都等效成一只无极性的电解电容。
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