专业功放用电解电容知识培训

Paisan电解电容基础知识培训以往的电解电容器是以电解液为电解质的而现在Paisan线脚系列采纳比以往的电解质导电性更高的材料（有机半导体），采纳有机半导体为电解质的固体电容器称之为低阻抗的固体电解电容器。作为高品质滤波电容，Paisan主要针对专业功放前级和开关电源市场，这是由于有很小的ESR(等效串联电阻)，可以有效的消退杂波，因此被很多开关电源制造商所采纳，除此以外，它还主要针对高频数字设备应用，如新兴多媒体产品,DAC,数码相机,笔记本,PDA,DVD/HD驱动器,导航系统,以及CPU的爱护等。而固体电解电容的一个重要应用就是DVD,功放以及Hi-Fi音质的音响系统。这是因为音响信号电流会引起一般铝电解电容的诱电体,电极箔,接触点的振动，而现在纸芯是用聚脂树脂固定起来的，不会产生音响信号电流引起的振动。另外Paisan的铝壳采纳聚脂树脂灌装封口也是重要的因素之一(一般铝电解电容是用胶垫封口的)，在重低音范围内这一点是特别重要的。Paisan电容为何可以拥有如此优异的特性？请参考下图：将Paisan固体电解电容解剖之后，可以发觉在接脚引线与电极绝缘方面，Paisan与传统电解电容几乎差不多，真正的关键，则是在电解介质上。传统电解电容，运用液态的电解液，除了电解液本身寿命有限，特性不稳定之外，同时还得担忧电解液外泄的问题；而Paisan电容，则是用“有机半导体”（上图粉色的部分）来取代电解液，一如我们对于半导体的概念，此举除了供应稳定的电解介质之外，也因为这个有机半导体介质（OrganicSemiconductor）在介电特性上的优异特性，使得Paisan不光是寿命长,工作稳定，还拥有可与金属皮膜电容匹敌的高频特性。二,电容器的种类与用途▲1.电容器的种类:电容器若依照组件构成方式的不同，可以分为以下三类:(1)卷绕型电容器:将可绕性之电介质夹设于相对的铝箔电极间，而以卷绕构成之电容器称之。(2)积层型电容器:在缺乏可绕性的平板状电介质之两面，用涂布,烧附或附着等方式加上金属电极，成为构成要素的电容器。(3)电解型电容器:运用高纯质之金属为阳极，并置于电解液中施行电分解，由表面产生的氧化金属作为电介质之电容器。▲2.电容器的用途:(1)能量储存用:电容器充电时，当达到确定电压时，若经由电阻放电，会产生锯齿波，此现象可被电视机和很多电器电路所利用。(2)滤波与旁路用:整流电路所获得的百流电，仍含有沟通成分，若经由电容器接至接地电位时，则得以改善。(3)藕合与阻挡用:当信号电压与百流电共存时，可经由电容器阻挡百流电或振荡电压的反馈。(4)调谐,震荡用:将电容器与电感串联而成为谐振状态，此时之电流最大。电路中常应用此原理，作为放大特定频率之用途。(5)移相与调相用:视听器材的驱动马达，为改善其转矩特性，通常会运用移相电容器。另外可并联固定电容作调相工作。三,线脚固体电解电容标准尺寸表6.38101316182225F2.02.53.55.07.510.012.5d0.50.60.81.0标准尺寸表DXL(mm)WV(sv)μF10V(13)16V(20)25V(32)35V(44)50V(63)63V(79)100V(125)160V(200)200V(250)250V(300)350V(400)0.47

5x11.55x11.55x11.55x11.56.3x11.56.3x11.56.3x11.51

5x11.55x11.55x11.55x11.56.3x11.56.3x11.58x11.52.2

5x11.55x11.55x11.56.3x11.56.3x11.58x11.510x12.53.3

5x11.55x11.55x11.58x11.58x11.58x11.510x12.54.7

5x11.55x11.55x11.58x11.58x11.510x12.510x1610

5x11.5

5x11.55x11.56.3x11.510x1210x1210x1610x2022

5x11.55x11.56.3x11.58x118x1210x1610x2010x2013x2133

5x11.55x11.56.3x1158x118x1110x1310x2013x2113x2116x26475x11.55x11.56.3x11.58x118x118x1410x1613x2113x2113x2516x261005x11.56.3x11.58x118x118x1410x1710x2016x2616x2616x3218x372208x118x118x148x1610x2013x2113x2516x3622x2722x383308x118x148x1410x1713x2113x2616x2622x3822x3822x42

4708x118x1410x1710x2013x2113x2616x3222x3825x41

100010x1710x2013x2013x2616x2616x36

220013x2613x2616x2616x2618x3622x36

330016x2616x2616x3618x3622x3625x42

470016x2616x2718x3622x3625x42

680016x3618x3622x3622x40

1000018x3622x3622x4025x42

专业功放用盖板,螺栓型铝电解电容器的结构特点电解电容器分铝电解及钽电解两类。铝电解电容器是以高纯度铝箔作阳极，以表面经阳极氧化处理的薄膜作电介质，再以浸有电解液的薄纸隔离的铝箔作阴极卷绕而成。铝电解电容器的电解液为乙二醇,丙三醇,硼和氨水等所组成的糊状物。电解电容器的缺点有频率特性和温度特性差,漏电流和介质损耗大等；同时，当极性反接或两端电压过高时，内部结构被破坏，电解液快速气化爆出。另外，温度,湿度,气压和振动等环境因素，以及电压,纹波,电流和充放电方式等电气因素均会影响其性能。其中以温度的影响最大，高温会使电容量变小，损耗增大。其次，由纹波电流产生的热量也有很大影响，所以电源滤波用电解电容器如运用不当最易失效损坏。铝电解电容器的主要电参数1.额定工作电压（WV）。WV指确定平安值，铝电解电容器在此电压以下工作，确定平安牢靠。若超过浪涌电压或击穿电压（SV），就有击穿爆炸的危险。国际电工委员会IEC384-4标准规定，WV低于315V时，SV=1.15×WV；WV高于315V时，SV=1.1×WV。2.电容器的静电容量（C）。3.损耗系数（DF）。各种电容器均存在介质损耗，有时DF值以损耗角正切值tanδ表示。DF越低越好。薄膜（如聚丙烯）电容的DF很低，而铝电解电容器则相当高。DF值与温度,容量,电压,频率等都有关。容量相同的同一系列电容器，耐压较高的DF值较低，所以，在电路设计时应尽量选用耐压较高者；此外，温度越高DF值越高；频率高，DF值也大。4.漏电流（LC）。一般状况下，LC=K×CV。其中K是常数，其值为0.01～0.03，与制造工艺有关。C为电容量，V为实际工作电压。减小电容量或降低工作电压可降低漏电流。5.等效串联电阻（ESR）和等效串联电感（ESL）。ESR与电容器的容量,电压,频率及温度等有关。容量越大，ESR越低；当容量确定时，WV越高，ESR越低；同一只电容器工作频率越低，ESR越高，反之ESR越低；高温也会导致ESR上升。高频低阻电容常标注LowESR及LowESL。ESR与损耗角正切值有关，ESR=tanδ/2πfC，其中f为工作频率，C是电容量。6.纹波电流（Irac）。电容器的纹波电流越高越好，特殊是电源滤波电容器特别突出。电容器Irac的标示至少有低频及高频工作下的两种数据，低频以120Hz为准，高频以100kHz为准，但不同制造厂会有略微差别。纹波电流与频率成正比，对音响设备来说，低频Irac值更为重要。7.工作温度。铝电解电容器工作温度一般分85℃,105℃两种。该温度是指铝箔及电解液的工作温度，明显105℃的电容器更适合在较高温度下长期工作。对于滤波用电解电容有几点值得留意：1.一般而言工频变压器与开关电源选用电解电容器时要留意工作频率不同，选用合适电解电容器型号。2.在正常运用中，假如电路工作电压接近电解电容器标称电压，低漏电流比低ESR更重要。3.大滤波电容宜并联小电容，可改善高频响应。4.尽量选高VF耐压的电解电容，以适应环境电压不稳和温度高。5.只要恰当选用电解电容器，每种型号电解电容都可发出好声，不要刻意强调非低ESR不用。特殊用电解电容器参数尺寸试验规范CapacitorSpecificationSpecification:160uf/330wvD(Φ)*L(mm):12*35SpecificationandMeasurement(measurmenttemperature:25±2℃incaseofnotemperaturedescription)ItemSpecificationMeasurementconditionRatevoltage330wv

Capacity160uf±10%Freqency:120Hz

TestingVoltage:below0.5VrmsDissipationfactorTanδ<=0.055Freqency:120Hz

TestingVoltage:below0.5VrmsLeakagecurrentI(uA)<=1*CImpressedvoltage:330vwith1000±100Ωafter5min.Charging/dischargingcapacity:<±10ofinitialvalue

Tanδ:<150%ofinitialvalue

leakagecurrent:150%ofinitialvalueImpressedvoltage:330v/12mAat15~35℃with0.7~1Ω

After300timessofcharging/discharginginterval:30secLowtemperaturecapacity:>90%ofinitialvalue

Tanδ:<1000%ofinitialvalue

leakagecurrent:<initialvalueAfter2hrsat-10~-20℃±2℃Hightemperaturecapacity:<110%ofinitialvalue

Tanδ:<initialvalue

leakagecurrent:<300%initialvalueAfter2hrsat60±2℃寿命试验与静电容量,损失角,泄漏电流之关系电容器置于85℃高温炉内，加额定电压经过一千小时后其电器特性一般会产生电容量降低，损失角增大，泄漏电流降低等现象高温无负荷与静电容量,损失角,泄漏电流之关系电容器置于85℃高温炉内，但不加额定电压，经过一千小时后，其电器特性一般可能产生静电容量降低，损失角增大，泄漏电流增大之现象工作温度与静电容量,损失角之关系电容器运用于低温（-25℃，-40℃）时，其静电容量值比室温（20℃）之值低，损失角却增大；运用于高温（85℃）时之静电容量值则比室温之值高，损失角反而降低，此称凹凸温稳定性频率与静电容量,损失角之关系电容器运用于各种频率时，静电容量值将随频率之增加而降低，损失角则随频率之增加而变大，故电解电容器运用于高频时，因损失角变大，而发热,破坏其质量1,用万用表电阻档检查电解电容器的好坏电解电容器的两根引线有正,负之分，在检查它的好坏时，对耐压较低的电解电容器(6V或l0V)，电阻档应放在R×100或R×1Ｋ档，把红表笔接电容器的负端，黑表笔接正端，这时万用表指针将摇摆，然后复原到零位或零位旁边。这样的电解电容器是好的。电解电容器的容量越大，充电时间越长，指针摇摆得也越慢。2,用万用表推断电解电容器的正,负引线

一些耐压较低的电解电容器，假如正,负引线标记不清时，可依据它的正接时漏电电流小(电阻值大)，反接时漏电电流大的特性来推断。具体方法是：用红,黑表笔接触电容器的两引线，记住漏电电流(电阻值)的大小(指针回摆并停下时所指示的阻值)，然后把此电容器的正,负引线短接一下，将红,黑表笔对调后再测漏电电流。以漏电流小的示值为标准进行推断，与黑表笔接触的那根引线是电解电容器的正端。这种方法对本身漏电流小的电解电容器，则比较难于区分其的极性。3,用万用表检查可变电容器可变电容有一组定片和一组动片。用万用表电阻档可检查它动,定片之间有否碰片，用红,黑表笔分别接动片和定片，旋转轴柄，电表指针不动，说明动,定片之间无短路(碰片)处；若指针摇摆，说明电容器有短路的地方。4,用万用表电阻档粗略鉴别5000PF以上容量电容的好坏用万用表电阻档可大致鉴别5000PF以上电容器的好坏(5000PF以下者只能推断电容器内部是否被击穿)。检查时把电阻档量程放在量程高档值，两表笔分别与电容器两端接触，这时指针快速的摇摆一下然后复原，反向连接，摇摆的幅度比第一次更大，而后又复原。这样的电容器是好的。电容器的容量越大，测量时电表指针摇摆越大，指针复原的时间也较长，我们可以依据电表指针摇摆的大小来比较两个电容器容量的大小。开关电源中滤波电容器的选用和简单测试方法开关电源正确选用电解电容开关电源的寿命在很大程度取决于电解电容，因为在开关电源产品中，除电解电容以外的其它组件只出现偶发故障，电解电容由于化学变化，会发生损耗性故障。这种故障模式与其它元器件的偶发故障模式相比，问题更加严峻，因为对损耗性故障来说，即使削减组件数量，其寿命不会改变。只要一到确定的时间，就确定要发生故障，另一方面，由于电解电容从等效电路来看，并不是单纯的电容，而是包含有串联电阻R和串联电感LS的电路。如图1所示。这些参数的数值是随温度变化的，其等效阻抗的温度及频率特性，如图2所示。因此从要求的纹波电压来确定最佳滤波电容量并不简单。初学者在设计时，往往会在确定滤波电容的容量时发生失误。基于上述因素，正确选用电解电容特殊是输出滤波电容显得特别重要。图1图2电容阻抗与频率的关系(温度为参变量)2输出滤波电容器的选择2.1电容的阻抗特性志向的电容器的阻抗特性，如图3（a）所示。事实上电容器的阻抗特性包括等效串联电阻（ESR），容抗（XC）和电感电抗（XL），如图3（b）所示。在低频时，主要由XC影响阻抗，在高频时，主要由XL影响阻抗，最低的阻抗等于ESR。其对应的频率应正好处于滤波器的基波频率为最合适。这时，对电容器上纹波电压起主要作用的是ESR，但ESR值与温度变化有关。温度越低，ESR越高。例如：在20kHz工作频率下，一般铝电解电容器在25℃时，ESR为33mΩ。在-40℃时，增加到900mΩ，在-55℃时，为1.08Ω，良好的电路设计，应当考虑到低温时的ESR值。图3电容器的阻抗特性(a)志向的阻抗特性(b)实际的阻抗特性2.2从寿命动身选择电容等效串联电阻是耗能组件，它的损耗功率变成热量，从而影响了电容的寿命。在同一模块电源中，选用两种不同ESR的电解电容，在同一环境条件下，工作相同时间后，ESR值大的电容温升明显高于ESR值小的电容，则依据阿雷尼厄斯10度法则（即温度每上升10℃，电解电容的寿命就缩短一半），ESR值大的电容的寿命就要比ESR小的电容寿命短，另一方面，当电容中流过不同的纹波电流时，其发热的程度不一样，所以各种电容都有规定的允许纹波电流值（厂家供应）。假如从延长电容器的寿命动身，应增加对纹波电流的余量，由上分析，我们在选择电容时，应选择较小的ESR值，并能在整个温度范围内承受高的纹波电流的电容。2.3从容量动身选择电容输出滤波电容器的选取，不仅依靠于工作电流最大值和开关频率，而且还与变换器类型有关。前面已提及，滤波电容事实上不是从纹波电压动身求取，而是依据电容的允许纹波电流值确定的，用这种方法可以进行切实有效的设计，下面以图4所示（图中R为包含整流管的等效电阻），介绍输出电容的具体求取方法，作为设计条件。图4设：输入电压输出电压VO：5VDC，输出电流IO：20A输出端电感L：13μH变压器匝比Np／Ns:42∶3开关频率f：25kHz占空比D：0.4（TON=16μs）逆变器效率η：80%输入回路串联电阻：1Ω设计方法为：（1）输入电流II（2）整流电路的平均电压VIVI=0.96Em-3II.R=0.96×220×1.414-3×0.57×10≈281V（3）求输出电容的纹波电流。查表1因电路形式是半桥式，查得输出电容CO的纹波电流有效值表1在不同的逆变器电路形式中，输出电容的纹波电流电路类型电路简图输出电容Co的纹波电流有效值降压型升压型顺向型回扫型中心抽头型半桥型全桥型由图5查知，在工作电压为16V（因输出电压为5V，故电解电容耐压选16V）时，与这样的纹波电流适应的电容量是4700μF。实际应用中，为了降低等效串联电阻，常常用多于两个电容并联来达到所需电容量，由多只电容并联形成的复合电容的阻抗特性，如图6所示。本电路在实际应用中，采纳5只1000μF／16V电解电容并联，为了得到更小的纹波，往往在此基础上再并几只小电容，比如0.01μF,0.1μF,100μF等，通过试验，此方法是可行的。图5通用长寿命电解电容的允许纹波电流图6电解电容器运用相关知识参考（1）温度变化，等效串联电阻（ESR）加大，导致电容寿命减短，这是铝电解电容的缺点，在不很强调价格的场合下，可选用ESR值更小的且随温度变化不大的耐高温电容。（2）依据允许的纹波电流值确定电容量比较便利，该方法已用于产品设计中，大容量滤波电容与小容量滤波电容，两种理论基本上是对立的，但却同时存在于音响圈。以低容量论点设计扩大机，也可以完全没有哼声，而且低频表现也不比「大水塘」机差。重点是什么？Irac涟波电流。假如你如今还是满脑子的大容量，那你还不了解电解电容！给大家一个建议：组装后级若采纳低容量滤波电容时，千万要配用高功率电源变压器。也就是「瘦了电容器,肥了变压器」，这可能就是扩大机好声的秘绝。以这几具体之视察，后级扩大机若要好声，采纳大功率电源变压器比采纳大容量滤波电容有效多了。一颗大的？多颗小的？OK，有人放心不下，滤波电容坚持要大μF─那是找一个大的，还是用十来个小的并接？又有人说用小颗并，不但内阻可以降低，反应速度也会也快，透亮度及辨别率都比较好。MarkLevinson及Krell的后级不是以小并大，但有谁认为它反应速度慢,不透亮有雾？进口机与国产机的命运有些不同，当消费者面对数十万元进口机采纳多颗小电容时，他会自我说明：这个很有道理；但面对国产品时，他可能会有另一套恶毒的说法：偷工减料！就音质表现，大水塘or小水塘,一颗大的or多颗小的，应当没有确定关系。邓小平同志说得好：管它黑猫,白猫，会捉老鼠的就是好猫。储存及工作寿命比起电阻,IC,晶体管,塑料电容这些半永久性组件，铝电解电容的寿命就值得重视。一是储存限，自然与寿命有关，10～20应无问题。存放过久的电容不宜立即运用，先将它aging(活化)；夹上端子，缓慢调整powersupply电压，由低至高，最高可调至此电容的额定电压。工作寿命就很难说得明白，所谓长寿命LL-longlife电容，通常是表示涟波电流Irac稳定。前面曾谈到电容的Irac与工作温度及频率都有关，例犹如是10KHz，40度C时是15A，85度C时是9A；15A/9A＝1.67。此数字就是电容的寿命因子，数字愈高寿命愈低，数字愈接近1寿命愈长。1.93表示10万小时，1.85表示20万小时，故1.67至少50万小时！但电容器的主要功用是充,放电特性，因此不宜常常快速充,放电。有两个方法可有效延长电容器寿命：一是削减开机,关机次数，二是设法降低开机时的瞬间充电电流─你明白了吗？若问：究竟是哪一种电容的音质较好？这也实在难以回答，不同系列的电容，它的声音表现自然也是不同。有的型号ESR虽然低，装在机上低频很多，惋惜雾气较重，不够透亮，但是并上小电容后，就豁然开朗。故实际装配时，记得确定要在主滤波电容上加并小电容，此举「至少」会改善高频响应。数值是多少？最好是一大一小，大的1μF,小的0.1μF，有时并上小电容会发觉扶植不大，这可能是小电容未选对。现在专业功放前级吃不了数百mA电流，故滤波电容较易选择，高瓦数,高输出电压须要大电流扩大机就很难服侍，此时滤波电容的Irac特性就要考虑在内。对于滤波用电解电容，有几点值得留意：一,大致上来说低漏电流比低ESR更重要；二,大滤波电容宜并接小电容；三,尽量选高耐压电容；四,假如选用电解电容容量不足及耐压都不高，通常声音粗糙，不是没有道理。建议哪种电容最好，因为只要用得恰当，适合你设计的电路特性每种电容都可发出好声。至于刻意强调电容什么样参数并不能保证好关于铝质电解电容的构造电容器依其组件构造大致可分成：一,卷绕型，二,积层型，三,电解型。而电解型又分铝质及钽质两类，铝质再分成液态电解质及固态电解质。若说液态电解质是铝箔湿式,固态电解质是铝箔干式，那就错了，因铝箔干式及铝箔湿式都是液态电解质电容。铝质电解电容是以经过蚀刻的高纯度铝箔做为阳极，以其表面经阳极氧化处理之化成薄膜做为电介质，再以浸有电解液的薄纸或布做阴极。由于电解液是用吸浸式，故称铝箔干式电解电容。至于吸浸电解液的纸，也绝非在一般文具店即可购得，最大供货商是在马来西亚。所谓「纸」，是通称，里面也有「麻」的成份。高品质纸则是以「丝」为主要成份。电容器在电路中的作用音响电路中存在有各种各样的电容器，有大有小，有电解质,钽质,金属化塑料薄膜,银云母,积层陶片...等，虽然作用不尽相同，但有一点却相同─都是用于AC沟通状态。换句话说，电容器用在纯DC直流电路中，是没意义的。就以电源部份的滤波电容来说，虽然它的工作电压是用DC数值标示，但其功用则是平滑滤波，将经过桥式整流,但不纯净的AC电压转化成较平顺的DC电压。在前级输出端的交连电容具有隔绝直流,通过沟通的作用，数十pF的小电容则是防止高频裂开或抑制震荡，都是针对AC沟通设计。专业功放用滤波电容器沟通电（工频或高频）经整流后需用电容器滤波使输出电压平滑，要求电容器容量大，一般多采纳铝电解电容器。铝电解电容器应用时主要问题是温度与寿命关系，如廉价型环境温度多为85℃，可在4000h内保证各性能参数，特殊是电容量，超过4000h，各项性能指标将得不到保证，尽管在很多状况下还能用。如降低运用温度可以延长寿命，基本遵循50℃法则。因此在很多要求高温柔高牢靠性场合下，应选用长寿命（如10000h以上，甚至105℃,20000h）电解电容器。一般体积小的电解电容器，其寿命相对较短。用于DC/DC开关稳压电源输入滤波电容器，因开关变换器是以脉冲形式向电源吸取电能，故滤波电容器中流过较大的高频电流，当电解电容器等效串联电阻（ESR）较大时，将产生较大损耗，导致电解电容器发热。而低ESR电解电容器则可明显减小纹波（特殊是高频纹波）电流产生的发热。用于开关稳压电源输出整流的电解电容器，要求其阻抗频率特性在300kHz甚至500kHz时仍不呈现上升趋势，见图1。电解电容器ESR较低，能有效地滤除开关稳压电源中的高频纹波和尖峰电压。而一般电解电容器在100kHz后就开始呈现上升趋势(见图2)，用于开关电源输出整流滤波效果相对较差。，如用一般CD293型中3300μF200V电解电容器，用于专业功放开关电源输出滤波的纹波与尖峰比CD289H型3300μF200V高频电解电容器差很多，同时一般电解电容器温升相对较高寿命比较短。当负载为突变状况时，用一般电解电容器的瞬态响应远不如高频电解电容器。由于铝电解电容器在特高频段不能很好地发挥作用，应辅之以高频特性好的陶瓷或无感薄膜电容器，其主要优点是：高频特性好，ESR低，如MMK5型容量1μF电容器，谐振频率达2MHz以上，等效阻抗小于0.002Ω，远低于电解电容器，而且容量越小谐振频率越高（可达50MHz以上），见图3，这样将得到很好的电源的输出频率响应或动态响应。耐压与寿命试验电容器的额定电压和击穿电压之间留有一个平安系数，如耐压为400V电解电容器，击穿电压不低于450V，因此不能说电容器达到额定电压就可能击穿。电解电容器的寿命试验是在其标称工作温度，施加额定电压和额定频率纹波电流保证2000h，长寿命10000h内不损坏，电解电容器的寿命试验目的是检验最高工作温度及额定电压条件下，在额定寿命期内主要参数是否符合规定标准要求。电解电容器的寿命与电容器长期工作的环境温度有直接关系，温度越高，电容器的寿命越短。一般的85℃电解电容器在环境温度为90℃时寿命急剧缩短，现在Paisan有很多种类型的电解电容器，可适用不同工作环境温度，当通过电解电容器的沟通电流和额定脉冲电流的比为0.5时，寿命仍旧为10000h，。因此在选择电容器的时候，应当依据具体的环境温度和其它的参数指标来选定，假如忽视了环境温度对电容器寿命的影响，则电源工作的牢靠性,稳定性将大大降低，甚至损坏设备和仪器。就Paisan系列产品一般状况而言，电解电容器工作在环境温度为70℃时，一般能达到10000h寿命的要求。另一方面，电解电容器的寿命还与电容器长时间工作的