电容应用规范

1、专案名称：电容应用规范生效日期：编号：专案编号：修订版次： 电容应用规范拟 制：电容基础知识；铝电解电容；薄膜电容；安规电容等部分。陶瓷电容等部分日 期：2006年9月25日审 核：日 期：2006年9月28日批 准： FORMTEXT 日 期： FORMTEXT 电容应用规范专案名称：电容应用规范生效日期：编号：专案编号：修订版次：PAGEPage PAGE 88 of NUMPAGES 88变 更 记 录*00版之前的版次以0A,0B,0C表示，00版后之版次以00A,00B,00C表示*目录及索引 TOC o 1-3 h z HYPERLINK l _Toc146961191 第一部分

2、电容基础认识 PAGEREF _Toc146961191 h 7 HYPERLINK l _Toc146961192 一 电容基本分类和作用简介 PAGEREF _Toc146961192 h 7 HYPERLINK l _Toc146961193 1 电容基本分类 PAGEREF _Toc146961193 h 7 HYPERLINK l _Toc146961194 二 电容量的单位及标识 PAGEREF _Toc146961194 h 9 HYPERLINK l _Toc146961195 1 单位 PAGEREF _Toc146961195 h 9 HYPERLINK l _Toc146

3、961196 2 标识 PAGEREF _Toc146961196 h 10 HYPERLINK l _Toc146961197 三 电容器的基本参数 PAGEREF _Toc146961197 h 10 HYPERLINK l _Toc146961198 四 电容基本公式 PAGEREF _Toc146961198 h 10 HYPERLINK l _Toc146961199 1、容量与构造一般关系式： PAGEREF _Toc146961199 h 10 HYPERLINK l _Toc146961200 2、一般应用公式 PAGEREF _Toc146961200 h 11 HYPERL

4、INK l _Toc146961201 五 实际电容器基本等效电路 PAGEREF _Toc146961201 h 11 HYPERLINK l _Toc146961202 第二部分 电源应用中主要电容 PAGEREF _Toc146961202 h 12 HYPERLINK l _Toc146961203 一 开关式电源之电容应用简介 PAGEREF _Toc146961203 h 12 HYPERLINK l _Toc146961204 1. 输入EMC滤波、整流和PFC电路 PAGEREF _Toc146961204 h 12 HYPERLINK l _Toc146961205 2. 功

5、率电路 PAGEREF _Toc146961205 h 13 HYPERLINK l _Toc146961206 3. 逆变电路 PAGEREF _Toc146961206 h 14 HYPERLINK l _Toc146961207 4.辅助电路 PAGEREF _Toc146961207 h 14 HYPERLINK l _Toc146961208 二 铝电解电容 PAGEREF _Toc146961208 h 16 HYPERLINK l _Toc146961209 （一） 铝电解电容器基本构造及原理 PAGEREF _Toc146961209 h 18 HYPERLINK l _Toc

6、146961210 1 电介质（氧化铝层）： PAGEREF _Toc146961210 h 18 HYPERLINK l _Toc146961211 2 电解液及电解纸： PAGEREF _Toc146961211 h 19 HYPERLINK l _Toc146961212 3 阴阳极铝箔： PAGEREF _Toc146961212 h 19 HYPERLINK l _Toc146961213 4 电容量： PAGEREF _Toc146961213 h 19 HYPERLINK l _Toc146961214 （二） 铝电解电容电气参数定义及特性 PAGEREF _Toc1469612

7、14 h 19 HYPERLINK l _Toc146961215 1 电压参数 PAGEREF _Toc146961215 h 20 HYPERLINK l _Toc146961216 2 容量值参数 PAGEREF _Toc146961216 h 20 HYPERLINK l _Toc146961217 3 等效电路参数 PAGEREF _Toc146961217 h 22 HYPERLINK l _Toc146961218 4 漏电流（Leakage current IL） PAGEREF _Toc146961218 h 25 HYPERLINK l _Toc146961219 5 纹波

8、电流（IRAC） PAGEREF _Toc146961219 h 27 HYPERLINK l _Toc146961220 6 自寿命（Shelf Life）及负载寿命(Load Life) PAGEREF _Toc146961220 h 27 HYPERLINK l _Toc146961221 （三） 电解电容的应用规范 PAGEREF _Toc146961221 h 28 HYPERLINK l _Toc146961222 1 电解电容的电路设计指南 PAGEREF _Toc146961222 h 28 HYPERLINK l _Toc146961223 2 电解电容的工作电压及安全性 P

9、AGEREF _Toc146961223 h 29 HYPERLINK l _Toc146961224 3 电容组（Capacitor bank）的应用及设计 PAGEREF _Toc146961224 h 31 HYPERLINK l _Toc146961225 4，电解电容的一般失效模式（仅供参考） PAGEREF _Toc146961225 h 35 HYPERLINK l _Toc146961226 5, 电解电容的使用寿命及可靠性 PAGEREF _Toc146961226 h 36 HYPERLINK l _Toc146961227 三 薄膜电容 PAGEREF _Toc14696

10、1227 h 48 HYPERLINK l _Toc146961228 （一） 薄膜电容器基本构造/分类/特性 PAGEREF _Toc146961228 h 49 HYPERLINK l _Toc146961229 1 基本构造： PAGEREF _Toc146961229 h 49 HYPERLINK l _Toc146961230 2 基本分类及特性： PAGEREF _Toc146961230 h 49 HYPERLINK l _Toc146961231 （二） 薄膜电容电气参数定义及特性 PAGEREF _Toc146961231 h 52 HYPERLINK l _Toc14696

11、1232 1 等效电路及等效参数的特性 PAGEREF _Toc146961232 h 52 HYPERLINK l _Toc146961233 2 容量参数 PAGEREF _Toc146961233 h 56 HYPERLINK l _Toc146961234 （三） 薄膜电容应用规范 PAGEREF _Toc146961234 h 59 HYPERLINK l _Toc146961235 1 DC电压应用特性 PAGEREF _Toc146961235 h 59 HYPERLINK l _Toc146961236 2 AC电压应用 PAGEREF _Toc146961236 h 60 H

12、YPERLINK l _Toc146961237 3 薄膜电容的脉冲承受 PAGEREF _Toc146961237 h 65 HYPERLINK l _Toc146961238 4 薄膜电容的失效及寿命 PAGEREF _Toc146961238 h 67 HYPERLINK l _Toc146961239 5 薄膜电容应用总结 PAGEREF _Toc146961239 h 69 HYPERLINK l _Toc146961240 四 陶瓷电容 PAGEREF _Toc146961240 h 72 HYPERLINK l _Toc146961241 （一） 陶瓷电容器基本构造/分类/特性

13、PAGEREF _Toc146961241 h 72 HYPERLINK l _Toc146961242 1 多层陶瓷电容的基本构造 PAGEREF _Toc146961242 h 72 HYPERLINK l _Toc146961243 2 陶瓷电容的基本分类及特性 PAGEREF _Toc146961243 h 73 HYPERLINK l _Toc146961244 （二） 陶瓷电容电气参数定义及特性 PAGEREF _Toc146961244 h 74 HYPERLINK l _Toc146961245 1 等效电路及参数 PAGEREF _Toc146961245 h 74 HYPE

14、RLINK l _Toc146961246 2 陶瓷电容的容值特性 PAGEREF _Toc146961246 h 75 HYPERLINK l _Toc146961247 （三） 陶瓷电容的使用规范 PAGEREF _Toc146961247 h 75 HYPERLINK l _Toc146961248 1.耗散功率 PAGEREF _Toc146961248 h 75 HYPERLINK l _Toc146961249 2.工作电流 PAGEREF _Toc146961249 h 76 HYPERLINK l _Toc146961250 3.工作电压 PAGEREF _Toc1469612

15、50 h 76 HYPERLINK l _Toc146961251 4.陶瓷电容的温升 PAGEREF _Toc146961251 h 77 HYPERLINK l _Toc146961252 5.陶瓷电容的寿命 PAGEREF _Toc146961252 h 77 HYPERLINK l _Toc146961253 五 安规电容（EMI抑止电容）简介 PAGEREF _Toc146961253 h 79规范内容及目的：本规范主要从应用角度对电源中常用的电容器件进行介绍及应用指导。主要内容有电容基础认识；电解电容；薄膜电容；陶瓷电容；安规电容等在电源应用中的一般应用指导和规范。第一部分 电容基

16、础认识主要内容：电容基本分类和作用简介电容量的单位及标识电容器的基本参数电容基本公式实际电容器基本等效电路一 电容基本分类和作用简介1 电容基本分类从基本原理而言，电容器就是能够储存电荷的“容器”。其所存储的正负电荷等量地分布于两块不直接导通的导体板上。可以此般描述电容器的基本结构：两块导体板（通常为金属板）中间隔以电介质，即构成电容器的基本模型。由于绝缘材料、构造工艺等的不同，所制成之电容器种类也有所不同： 按结构可分为：固定电容，可变电容，微调电容。 按介质材料可分为：CBB电容（聚乙烯），涤纶电容、瓷片电容、独石电容、电解电容、钽电容等。按极性分为：有极性电容和无极性电容。一般地，电容绝

17、缘材料（介质）决定了电容的关键特性。根据介质的不同，同时结合实际应用中的具体情况，这里把电容器简单分为三类第一类：电解类电解电容器是指在铝、钽、铌、钛等阀金属的表面采用阳极氧化法生成一薄层氧化物作为电介质，以电解质作为阴极而构成的电容器。目前最常用的电解电容有铝电解和钽电解。广义上讲，电解质包括电解液、二氧化锰、有机半导体TCNQ、导体聚合物（PPy、PEDT）、凝胶电解质PEO等。后面的几种是目前比较尖端的电容器。这里要注意“电解质”和“电介质”概念的不同。第二类：薄膜类以塑料薄膜作为电介质。以往的纸介电容器、塑料薄膜电容器多用板状或条状的铝箔作为电极，现在，大多采用真空蒸镀的方式在电容器纸

18、、有机薄膜等的表面涂覆金属薄层作为电极。金属化工艺使得电极更为纤薄和节省空间，该类电容器在小型化和片式化方面有了长足的发展。第三类：瓷介类 陶瓷电容器采用钛酸钡、钛酸锶等高介电常数的陶瓷材料作为电介质，在电介质的表面印刷电极浆料，经低温烧结制成。陶瓷电容器的外形以片式居多，也有管形、圆片形等形状。如下表格是常用电容的结构和关键特点：种类 结 构特 点 （优/缺点）铝电解电容由电解液浸泡的电解纸隔离开的阴阳极铝箔绕圈后置于密封铝制圆筒而成。阳极铝箔经直流电压处理后在表面形成一层氧化膜作为电容电介质。特点是容量密度大，但是漏电大，稳定性差，有正负极性，适宜用于电源滤波或者低频电路中。钽、铌电解电容

19、以金属钽或者铌做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。特点是体积小、容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。用在要求较高的设备中薄膜电容结构和纸介电容相同，介质是涤纶或者聚苯乙烯。涤纶薄膜电容，介电常数较高，故可做到体积小，容量大，稳定性较好，适宜做旁路电容。 聚苯乙烯薄膜电容，介质损耗小，绝缘电阻高，但是温度系数大，可用于高频电路。陶瓷电容用陶瓷做介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜做极板制成。特点是体积小，耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适宜用于高频电路。 铁电陶瓷电容的容量较大，但是损耗和温度系数较大，适宜用于低频电路。纸介电容以两片

20、金属箔做电极，夹在极薄的 HYPERLINK / 电容纸中，卷成圆柱形或者扁柱形芯子，然后密封在金属壳或者绝缘材料（如火漆、陶瓷、玻璃釉等）壳中制成。特点是体积较小，容量可以做得较大。但是固有电感和损耗都比较大，适用于低频电路。金属化纸介电容结构和纸介电容基本相同。它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代替金属箔，体积小，容量较大，一般用在低频电路中。油浸纸介电容其是把纸介电容浸在经过特别处理的油里，能增强它的耐压。其特点是电容量大、耐压高，但是体积较大。云母电容用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。其特点是介质损耗小，绝缘电阻大、温

21、度系数小，适宜用于高频电路。半可变电容也叫做微调电容。是由两片或者两组小型金属弹片，中间夹着介质制成。改变两片之间的距离或者面积以改变电容器的容量值。它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。可变电容由一组定片和一组动片组成，它的容量随着动片的转动可以连续改变。把两组可变电容装在一起同轴转动，叫做双连。可变电容的介质有空气和聚苯乙烯两种。空气介质可变电容体积大，损耗小，多用在电子管收音机中。聚苯乙烯介质可变电容做成密封式的，体积小，多用在晶体管收音机中。2 电容基本作用电容器在电子线路中的作用一般概括为：通交流、阻直流。电容器通常起滤波、旁路、耦合、去耦、转相等电气作用。用作贮能元件也是电容器的一个

22、重要应用领域，同电池等储能元件相比，电容器可以瞬时充放电，并且充放电电流基本上不受限制，可以为某些设备提供大功率的瞬时脉冲电流。 隔直流：作用是阻止直流而让交流通过。旁路（去耦）：为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。耦合：作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路平滑或滤波：将整流以后的脉状波变为接近直流的平滑波，或将纹波及干扰波虑除。温度补偿：针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响，而进行补偿，改善电路的温度稳定性。 计时：电容器与电阻器配合使用，确定电路的时间常数。 调谐：对与频率相关的电路进行系统调谐，比如手机、收音机、电视机。储能：储存电能，用于必须要的时候释放

23、。电容器在电源中最重要的应用是存储能量、浪涌电压保护、EMI抑制和控制电路等方面。 储能：储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40450VDC、电容值在220150 000F之间的铝电解电容器为较常见的规格。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式， 对于功率级超过10KW的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。浪涌电压保护：开关频率很高的现代功率半导体器件易受潜在的损害性电压尖峰脉冲的影响。跨接在功率半导体器件两端的浪涌电压保护电容器通过吸收电压脉冲限制了峰值电压，从而对半导体器件起到了保护作用，使得浪涌电压保护

24、电容器成为功率元件库中的重要一员。半导体器件的额定电压和电流值及其开关频率左右着浪涌电压保护电容器的选择。由于这些电容器承受着很陡的dv/dt值，因此，对于这种应用而言，薄膜电容器是恰当之选。不能仅根据电容值/电压值来选择电容器。在选择浪涌电压保护电容器时，还应考虑所需的dv/dt值。 EMI/RFI抑制：这些电容器连接在电源的输入端，以减轻由半导体所产生的电磁或无线电干扰。由于直接与主输入线相连，这些电容器易遭受到破坏性的过压和瞬态电压。采用塑膜技术的X-级和Y-级电容器提供了最为廉价的抑制方法之一。抑制电容器的阻抗随着频率的增加而减小，允许高频电流通过电容器。X电容器在线路之间对此电流提供

25、“短路”，Y电容器则在线路与接地设备之间对此电流提供“短路”。控制和逻辑电路：各类电容器均可能被应用于电源控制电路中。除非是在恶劣环境条件的要求，否则这些电容器的选择一般都是低电压低损耗的通用型元件。二 电容量的单位及标识1 单位电容的基本单位是：F （法），此外还有F（微法）、pF（皮法）、nF（纳法），由于电容 F 的容量非常大，所以我们看到的一般都是F、nF、pF的单位，而不是F的单位。具体换算如下：1F1106F =10109nF=101012pF2 标识直接标称法：由于电容体积要比电阻大，所以一般都使用直接标称法。如果数字是0.001，那它代表的是0.001uF1nF，如果是10n，

26、那么就是10nF，同样100p就是100pF。数码表示法：用14位数字表示，容量单位为pF，如350为350pF，3为3pF，0.5为0.5pF。色码表示法：沿电容引线方向，用不同的颜色表示不同的数字，第一，二种环表示电容量，第三种颜色表示有效数字后零的个数（单位为pF）。颜色意义：黑=0、棕=1、红=2、橙=3、黄=4、绿=5、蓝=6、紫=7、灰=8、白=9。三 电容器的基本参数1、 容量与误差：实际电容量和标称电容量允许的最大偏差范围。一般分为3级：I级5%，II级10%，III级20%。精密电容器的允许误差较小，而电解电容器的误差较大，它们采用不同的误差等级。 常用的电容器其精度等级和电

27、阻器的表示方法相同。用字母表示：D005级0.5%；F01级1%；G02级2%；JI级5%；KII级10%；MIII级20%。2、 损耗角正切值（）：通常以某一标准频率（例如120Hz）下数字电桥测定的数值为准，指在规定频率的正弦电压下，通过电容器的有功功率跟无功功率的比值。3、 涌浪电压或崩溃电压（Surge voltage：SV或Vs）：超过这个电压值电容器件会有损坏的危险。根据国际IEC 384-4规定，低於315V时，Vs=1.15VR，高於315V时，Vs=1.1VR。4、 绝缘电阻：绝缘电阻则是电容器隔离直流作用的数值化表征。一般应用希望电容器的绝缘电阻越高越好。在电解电容，这个参

28、数一般用漏电流来表征。5、 ESR：串联等效电阻，包括引线和铝箔的接触电阻、电解液的电阻等。6、 ESL：串联等效电感。7、其他参数：击穿电压；允许通过的最大纹波电流；使用温度范围；温度系数；频率特性等。四 电容基本公式1、容量与构造一般关系式：C Capacitance （F）0 Absolute permittivity（0=8.8510-12F/m） （As/Vm）r Relative dielectric constant A Capacitor electrode surface area （m2）d Electrode spacing (m)2、一般应用公式电场能：Wc(t)=1/

29、2(Vc)2*C; Wc=1/2(Vc1)2-(Vc1)2C=(Vc(t)Ic(t)dt)/C电压： Vc(t)=Qc(t)/C; Vc = Qc/C =(I(t)dt)/C电流： Ic(t)= CdVc(t)/dt频域： Zc=1/(jC)=1/(j2fC) ; Xc= j2fC ; I(t)=Cdu/dt=CdUmaxsin(t)/dt= Umax/(1/C)cos(t)=Imaxsin(t +/2)五 实际电容器基本等效电路实际电路中一般的电容器件在电路的分析可以做如下简单等效：C：自身电容；Rleak：绝缘电阻。表达电容器漏电量大小；ESR：等效串联电阻。表表征电容器损耗角的大小。其跟

30、引线、焊接和介质极化有关。ESL：等效串联电感。其与引线、电容极板结构有关。Z：总阻抗 在各类型电容器中，这些参数会有很大的差异。而且这些参数会因使用环境参数（例如温度，频率，电压等）的变化而变化。如果某些量相对较小，则等效分析电路中可以将此些量省略以简化分析。第二部分 电源应用中之主要电容第二部分将就电源应用中常见的几种电容种类进行更详细的应用讲解。包括铝电解电容（Al），薄膜电容、陶瓷电容、安规电容等。一 开关式电源之电容应用简介本节介绍电容在UPS电源主要电路部分的应用概略。包括：输入EMC滤波、整流和PFC电路；功率电路；逆变电路；辅助电路等1. 输入EMC滤波、整流和PFC电路 C1

31、, C4EMC差模（常模）滤波。基本要求：安规类电容，耐高压，低漏电流，高安全阻燃等。一般采用有机介质金属化（即金属化薄膜）交流X电容。按EMI要求作CR选择。（ HYPERLINK l _六_安规电容（EMI抑止电容）简介： 链接到安规类电容内容） C2, C3EMC共模滤波。基本要求：安规类电容，耐高压，低漏电流，高安全阻燃，低ESR等。一般采用高压一类陶瓷或高压金属化基本绝缘Y2电容。使用时数值受安全泄漏电流限制。按EMI及漏电流要求作CR选择。初次级间的漏电流是此处电容应用约束之一必须进行根据设备安规要求或客户要求进行漏电流测试。 HYPERLINK l _六_安规电容（EMI抑止电容

32、）简介： （链接到安规类电容内容） C5PFC输入电容。基本要求：低损耗角，高绝缘等。通常采用金属化电容（如CBB）或。保证PFC工作，输入整流电压为零附近有1V左右电压。减少输入电流过零失真。 温度和温升是此处电容的应用约束必须进行纹波损耗、温升的计算和测试验证。（ HYPERLINK l _四_薄膜电容应用： 链接到薄膜类电容内容） C6, C7缓冲（Snubber）电容。基本要求：高的耐dV/dt能力，小ESR和ESL。一般采用金属箔/膜或陶瓷类电容。按电压钳位及EMI要求作CR选择。温度是此处电容的应用约束必须进行温升测试验证。 HYPERLINK l _四_薄膜电容应用： （(链接到

33、薄膜类电容内容) C8输出滤波电容或蓄能BUS电容。当输出滤波之用时，基本要求：高容量密度，低ESR，低ESL（MHz以上超高频式电源中才考虑ESL）。一般为薄膜类电容。按纹波幅度要求，根据峰值电流和电容的ESR选择容量，检查电容的纹波电流定额是否满足电路要求。当蓄能BUS电容之用时，基本要求：高容量密度。一般为普通铝电解电容。按蓄能要求（即各状态转换过程对其电压跌幅的限制要求）选择最小CR；按交流纹波、应用环境温度及寿命要求作category temperature（85degC or 105degC）、Lo、ESR等选择。输出滤波之用时，纹波是此处电容的应用约束必须进行纹波计算和测试验证。

34、当蓄能BUS电容之用时，温度和寿命是此处电容的应用约束必须进行纹波损耗、温升、寿命的计算和测试验证。 HYPERLINK l _三、铝电解电容 （链接到铝电解电容内容）2. 功率电路Snubber/Clamp电容。基本要求：高耐压、低损耗角、高dV/dt能力等。一般为陶瓷或薄膜类电容。按电路钳位及EMI要求作CR值选择，按dV/dt及交流纹波要求作型号选择。dV/dt能力和温度是此处电容的应用约束必须进行dV/dt及温升测试验证。 输入蓄能（平滑）电容CBULK。基本要求：高容量密度。一般为普通铝电解电容。按蓄能要求（即低频充电间隔期间的电压跌落要求）作CR值选择，按交流纹波、应用环境温度及寿

35、命要求作category temperature（85degC or 105degC）、Lo、ESR等选择。温度和寿命是此处电容的应用约束必须进行纹波损耗、温升、寿命的计算和测试验证。输出滤波电容。基本要求：高容量密度，低ESR，低ESL（MHz以上超高频式电源中才考虑ESL）。一般为低ESR型铝电解电容。按输出纹波电压要求，根据次级电流峰值作CR和ESR选择。ESR致使的纹波和低温对ESR的影响是此处电容的应用约束必须进行低温起机时的纹波计算和测试验证。安规Y电容。基本要求：高耐压，低漏电流，高安全阻燃等。一般为加强绝缘型Y1电容。按EMI及漏电流要求作CR选择。初次级间的漏电流是此处电容应

36、用约束之一必须进行根据设备安规要求或客户要求进行漏电流测试。3. 逆变电路 BUS电容。基本要求：高容量密度。一般为普通型铝电解电容。按蓄能要求（即各状态转换过程对其电压跌幅的限制要求）选择最小CR；按交流纹波、应用环境温度及寿命要求作category temperature（85degC or 105degC）、Lo、ESR等选择。温度和寿命是此处电容的应用约束必须进行纹波损耗、温升、寿命的计算和测试验证。Snubber电容。基本要求：高耐压、低损耗角、高dV/dt能力等。一般为陶瓷或薄膜类电容。按电路钳位要求作CR值选择，按dV/dt及交流纹波要求作型号选择。dV/dt能力和温度是此处电容

37、的应用约束必须进行dV/dt及温升测试验证。输出AC电容。基本要求：低损耗角，高交流电流能力，高绝缘等。一般为金属化聚丙烯塑料薄膜电容（Metallized Polypropylene Film Capacitor）。按电路要求作CR值选择；根据交流电压有效值、频率和环境温度按电容温度和温升上限作损耗角（或电流频率特征曲线）选择。温度和温升是此处电容的应用约束必须进行纹波损耗、温升的计算和测试验证。4.辅助电路 C13蓄能电容。基本要求：高容量密度（低ESR，低ESL更佳）。一般为普通型或低ESR，低ESL型铝电解类电容。用于满足开启过程驱动及芯片的用电致使电压跌落限制。按控制芯片欠压保护回差

38、UIT/C选择电容量（I控制电路输入电流；T功率电路启动时间）。蓄能能力及虑波表现是此处电容应用的约束须进行启机时的Vcc下限和正常工作时的最大纹波测试验证。 HYPERLINK l _三、铝电解电容 （链接到铝电解电容内容） C14定时电容。基本要求：精确度高，环境因素依赖性小即具有稳定的电容C（温度、湿度、时间）。一般为薄膜电容、陶瓷或云母电容等温（湿）度漂移小之精密电容。温（湿）度稳定性是此处电容应用的约束须进行高低温（湿）度的工作频率漂移测试验证。 HYPERLINK l _四_薄膜电容应用： （链接到薄膜电容内容； HYPERLINK l _五_陶瓷电容应用： 链接到陶瓷电容内容）

39、C15/16去耦/旁路电容。基本要求：良好的高通特性（在高频段具有低阻抗特性）。一般以3类陶瓷等SMD式电容为宜。滤波表现是此处电容应用的约束须进行正常工作时的最大纹波测试验证。 HYPERLINK l _五_陶瓷电容应用： （链接到陶瓷电容内容）二 铝电解电容本章导读及索引：“基础构造及原理”一节介绍了铝电解电容的基本物理构造、基本组成部分及其构成原理。“电气参数定义及特性”一节对铝电解电容的主要应用参数作了详细的定义和描述，同时给出了这些参数的应用特性（例如温度，频率，时间等的特征关系、特征曲线等）。“应用规范”一节对铝电解电容在电源之应用作出了一些通用规范。主要内容有：电路的一般设计要则

40、；电压的安全性；电容组的应用设计；一般失效模式；可靠性及寿命计算。其中之寿命计算部分作了较详细的讲解及描述，是铝电解电容应用的重要关注点之一。内容概要（点击以链接到相应内容页面）：（一） HYPERLINK l _（一）_铝电解电容器基本构造及原理 电解电容器基本构造及原理1 HYPERLINK l _1_电介质（氧化铝层）： 电介质（氧化铝层）2 HYPERLINK l _2_电解液及电解纸： 电解液及电解纸3 HYPERLINK l _3_阴阳极铝箔： 阴阳极铝箔4 HYPERLINK l _4_电容量： 电容量（二） HYPERLINK l _3.2_铝电解电容电气参数定义及特性 铝电解

41、电容电气参数定义及特性1 HYPERLINK l _1_电压参数 电压参数(UR, UDC ,UAC ,URE ,US ,UT)1.1 额定电压（Rated voltage UR）1.2 直流电压（DC Voltage UDC）交流叠加电压/纹波电压（Superimposed AC VoltageUAC/ ripple voltage）1.4 额定反向电压（Rated reversed voltage URE）1.5 浪涌电压（Surge voltage US）1.6 瞬间电压(Transient voltageUT)2 HYPERLINK l _2_容量值参数 容量值参数(CAC,CDC,C

42、R,Tolerance,C(t),C(f)2.1 AC和DC容量2.2 额定容量CR2.3 容量公差(Tolerance)i2.4 容量的温度特性2.5容量的频率特性3 HYPERLINK l _3_等效电路参数 等效电路参数(ESR,ESL,Z, tan)4 HYPERLINK l _4_漏电流（Leakage_current 漏电流（IL）4.1漏电流的时间/温度/正向电压特性4.2 工作漏电流（Operating leakage current ILOP）4.3 漏电流的测试标准（ Leakage current for acceptance test IL）4.4 无压存储对漏电流的影

43、响( voltage-free storage)5 HYPERLINK l _5_纹波电流（IRAC） 纹波电流（IRAC）5.1 纹波定义及其与寿命关系5.2 纹波与频率：5.3 纹波与温度6 HYPERLINK l _6_自寿命（Shelf_Life）及负载寿命(Load 自寿命（Shelf Life）及负载寿命(Load Life)6.1 HYPERLINK l _6.1_自寿命（Shelf_Life） 自寿命（Shelf Life）6.2 HYPERLINK l _6.2_负载寿命(Load_Life) 负载寿命(Load Life)（三） HYPERLINK l _（三）_电解电容的

44、应用规范 铝电解电容的应用规范1 HYPERLINK l _1_电解电容的电路设计指南 电解电容的电路设计指南2 HYPERLINK l _2_电解电容的工作电压及安全性 电解电容的工作电压及安全性2.1 一般性描述2.2 反向电压2.3 过压使用2.4 交流电压应用3 HYPERLINK l _3_电容组（Capacitor_bank）的应用及设计 电容组（Capacitor bank）的应用及设计3.1 HYPERLINK l _3.1电解电容的并联使用 电解电容的并联使用3.2 HYPERLINK l _3.2_电解电容的串联使用 电解电容的串联使用3.3 HYPERLINK l _3.

45、3电解电容的串并联组合应用 电解电容的串并联组合应用4 HYPERLINK l _4，电解电容的一般失效模式（仅供参考）电解电容的一般失效模式5 HYPERLINK l _5,_电解电容的使用寿命及可靠性 电解电容可靠性及寿命计算5.1 HYPERLINK l _5.1_寿命评估方式 寿命评估方式5.2 HYPERLINK l _5.2_环境温度与寿命的关系 环境温度与寿命的关系5.3 HYPERLINK l _5.3_施加电压对寿命的影响 施加电压对寿命的影响5.4 HYPERLINK l _5.4_纹波电流对寿命的影响 纹波电流对寿命的影响5.5 HYPERLINK l _5.5_电解电容

46、的寿命预计算 电解电容的寿命预计算5.6 HYPERLINK l _5.6_各制造商（品牌）电容寿命计算式（仅供参考） 各制造商（品牌）电容寿命计算式5.7 HYPERLINK l _5.7_电解电容在电源应用中的寿命计算例子： 电解电容在电源应用中的寿命计算例子（一） 铝电解电容器基本构造及原理一个基本铝电解电容器由如下几部分组成：阴极铝箔；电解纸；电解液；阳极铝箔以及形成于阳极铝箔表面作为电介质的氧化铝层。原理结构剖面示意图及绕制结构示意图如下：图一 原理结构剖面示意图绕制结构示意图1 电介质（氧化铝层）：如图一所示，形成于阳极内侧表面极薄的一层氧化铝在电解电容中扮演电介质的角色。它具有优

47、越的介电常数及单向特性（rectifying properties）当与电解液接触后，这层氧化膜就具有优良的单方向绝缘特性（forward direction insulation property）。电介质这一特性决定了一般电解容的单向极性应用。如果阴/阳都有此般同样的氧化薄膜，那么其就成为无极性行电解电容。在工艺上，这一层是在一片高纯度的蚀刻铝箔上进行极化处理而得。阳极箔片进行极性化的这一过程需要施加一定的DC电压进行，这一电压被称为“化成电压”（Forming Voltage”）。这个电介质层的厚度近乎正比于极化过程所施加的“化成电压”，大约有0.00130.0015 (mm)/ V的关

48、系。氧化铝形成的化学表达式：2Al+3H2O Al2O3+3H2 (Gas) +3e- (Electron)。电介质层同时构成了一个依电压变化而变化的电阻，经过此电阻的电流即所谓的漏电流。当电压到达“化成电压”后，漏电流急剧上升以至损坏电容器。此具有单向特性电介质无法承受反向的电压(大于1.5V dc)，很小的反向电压就会形成很大的反向电流以损坏电容器。如下图所示： 阳极箔片进行极性化所施加的“形成电压”决定了电介质（氧化铝层）的厚度，而此厚度决定了此电容器的耐压等级。2 电解液及电解纸：将电解纸隔离的阴阳铝箔绕卷成圆柱状，即可称为“电容器单元”。但此时的电介质是电介纸和氧化铝层共同充当。这种

49、单元具有很小的电容量。注入电解液后，阴阳铝箔就有了电气接触，电介质就单独由阳铝箔上的氧化铝层独自扮演了，而电解液就形成了实际的电容阴极。电容的许多特性由这些电解液决定，故供应制造商会根据电气规格，工作温度及应用场合等配制不同的电解液以适应要求。电解纸主要作用有：以其毛孔存储电解液；提供阻止电气短路的足够空间；提供阴阳两铝箔所需的介电强度。3 阴阳极铝箔：图一所示的阴阳铝箔面对面一边成曲线状，是为了表示这在工艺上对此两面进行了蚀刻处理以增加有效面积，从而增加了电容量。4 电容量：电解电容容量表达式如下：（二） 铝电解电容电气参数定义及特性主要内容：1 电压参数(UR, UDC ,UAC ,URE

50、 ,US ,UT)2 容量值参数(CAC,CDC,CR,Tolerance,C(t),C(f)3 等效电路参数(ESR,ESL,Z, tan)4 漏电流（IL）5 纹波电流（IRAC）6 自寿命（Shelf Life）及负载寿命(Load Life)1 电压参数如上示意图，电解电容的电压参数主要有：1.1 额定电压（Rated voltage UR）额定电压指电容器的设计最大连续正常工作电压。1.2 直流电压（DC Voltage UDC）额定电压指施加于电容器件的直流电压的平均值1.3 交流叠加电压/纹波电压（Superimposed AC VoltageUAC/ ripple voltag

51、e）交流叠加电压又称纹波电压,指叠加于直流电压上的最大交流电压成分。施加的DC电压与交流叠加电压(纹波电压)之和不能大于电容器的额定电压,既有关系式:UAC+UDCUR。1.4 额定反向电压（Rated reversed voltage URE）额定反向电压指电解电容最大允许反向电压（非持续性）。电介质（氧化铝层）单向特性（rectifying properties）决定了电解电容具有很小的反向耐压特性。一般只有1V左右的容许量。1.5 浪涌电压（Surge voltage US）浪涌电压指允许短时间内施加于电解电容的最大电压值。按IEC 60384-4规定，电电解电容应具有这样的浪涌电压值：

52、对于UR315 V的电解电容，US = 1.15 X UR； 对于UR315 V的电解电容，US = 1.10 X UR。浪涌电压允许持续的时间和发生的频率请参阅具体规格书目。1.6 瞬间电压(Transient voltageUT)有些电容能够承受得住大于浪涌电压的一个电压值，此一参数往往没能在供应商提供的公共性规格书中找到.这是由于这些特别的电容一般是根据客户提出的个性要求而特制，而非一般公售品。2 容量值参数2.1 AC和DC容量电容量可由两种测试方法获得：阻抗测量法(以相位及幅度考量)或者电量测试法(施加直流电压时其所存储的电量).。此两种方法的结果会有轻微的差异一般地。直流电压测试方

53、式得到的容量值(DC电容)会较交流方式得到的容量值(AC电容)大些.两者间的因子大约在1.1到1.5之间，此关系在低容量等级的产品中会有很大的偏差，对应于最常见之应用(即滤波及耦合)，往往以AC电容值决定电解电容的容量。电解电容简化等效电路模式在正常使用情况下绝缘电阻极大。故在一般应用分析情况下不表示出来CS：串联电容（即自身电容，以小于0.5V之交流电测试而得）ESR：等效串联电阻。ESL：等效串联电感。其与引线、电容极板结构有关电容表现量受频率及温度影响很大，故IEC 60384-1 and 60384-4作了如下测试条件规定：于100 Hz或120 Hz 及20 C温度条件下进行（其它参

54、量由指定要求决定）。在一些应用场合（例如利用充放电时间原理的电路）DC容量值起着决定性的作用，但我们还是利用AC测定方式确定容量，并借以误差量进行补偿校正。在一些特别案例中仍是有必要进行DC容量的确定，IEC并未在此上进行说明，缘于此单独对此提供了一种测试方法（DIN41 328，part 4）。2.2 额定容量CR额定容量CR指的是AC容量值。CR 由(IEC 60384-1 and 60384-4)相关标准提供的测试方法测试而得。一般会在电容器上有标识。2.3 容量公差(Tolerance)电容容量公差是指偏离规格额定容量的范围值。一般会在电容器上有标识。如下图，IEC60062提供了一种

55、符码表示法：用字符对应某一误差量进行简化标记。i2.4 容量的温度特性电解电容的容量值并在所有工作条件下都一成不变。其受温度的影响极为显著。这是因为电解液的粘性会随着温度的下降而增加，从而削弱了其传导特性。下图是容量的温度特性典型表现示意图：Figure 7 Temperature dependence of series capacitance Cs (typical behavior)Reference value: AC capacitance at 20 C and 100 Hz一般地，此特性曲线在低电压等级的电容器件上更显得陡峭。一些低温应用电容之所以有着较好的低温表现及平稳的特征曲

56、线是因其应用了特别的电解液配方。相对于AC电容量而言，DC电容量的温度特征曲线会更平缓些。2.5容量的频率特性AC电容量除了跟温度有关外还跟频率有着很大关系。下图是容量的频率特性典型表现示意图：只要阻抗还在范围内（容性表现起支配作用），有效容量值即可由阻抗曲线得到。电容量之频率特性曲线 C=1/(2*f*Z)C Capacitance Ff Frequency HzZ Impedance 3 等效电路参数主要包括：自感/等效串联电感（Self-inductance /Equivalent Series Inductance ESL）；等效串联电阻（Equivalent series resis

57、tance ESR）；阻抗（Impedance Z）；损耗因子tan(Dissipation factor tan)等效电路参数示意图：C：自身电容，容抗1/C。Rleak：绝缘电阻。其表达了电容器漏电流的大小；ESR：等效串联电阻。电解液及线端的电介损耗和电阻。ESL：等效串联电感。表电容器绕组和线端的感抗ESLZ：总阻抗 ESL:自感/等效串联电感源于线端及内部构造，如电解电容简化等效电路模式图所示。其值也会随着使用条件的不同而略有不同。在低频率应用（相对于容抗值占绝对数量的情况下。约1KHz频率以内）可忽略其值而简化分析中计算。随着频率的增加器件感抗值在整体的阻抗中扮演越来越显著的角色，

58、此种应用的条件下须得将其影响包含进去分析。 ESR:等效串联电阻如电解电容简化等效电路模式图所示。其值同频率及温度有关。是它决定了损耗因子，数学定义式：ESR=(tan)/(Cs)。当计算此数值时应当考虑到额定容量值的偏差量。 Z:电解电容的总阻抗分析可以简单理解为C、ESR、ESL三者独立理想器件的串联组合（一般电解电容都具有很大的Rleak，在一般应用分析中可将其省略）。感抗ESL 仅受频率的影响，而容抗1/Cs和ESR却受频率及温度的双重影响。下图提供了一个电解电容阻抗的频率及温度特征曲线。低频率阶段容抗(XC = 1/Cs)占绝对主导地位。随着频率的增加，容抗(XC = 1/Cs)会一

59、直衰减到与电解阻抗同一个数量级别上。在更高的频率段上，电解阻抗取代容抗占据了主导地位 (温度不变的情况下),当到达共振频率（resonance frequency）时，容抗和感抗相互抵消，电容呈近乎纯电阻特性，ESR占主导地位。如下图曲线最低凹谷段。高于此频率之后，电容器绕组和线端的感抗（XL = L）扮演越来越重要的角色并占据主导地位。并导致整体阻抗的升高。从各温度曲线的比较可以看出，电解阻抗随着温度的降低而急剧增大。总阻抗的温度频率特性共振频率（resonance frequency）Fr105Hz（100 uF/63 VDC） 总阻抗的温度频率特性共振频率（resonance frequ

60、ency）Fr105Hz（47 uF/350 VDC）R,XC,XL各自的一般频率特性tan：损耗因子tan定义为等效串联电阻与容抗的比值。或者是正弦波通过电容器时的有功功率（损耗功率）跟无功功率的比值（the ratio of effective power (dissipated power) to reactive power for sinusoidal voltages）。测试条件与CS的测试条件一样。损耗角tan=R/Xc=CR; 损耗因子DF= tan100%;功率因子=cos=R/Z; Q=1/ tan。IEC 60384-4 对参数tan作了如下的最大值约束额定电压4 V U