电解电容的等效电路及其结构特点

电解电容器是开关电源一次回路和二次回路滤波电路中重要的器件之一。一般来说，电解电容器的等效电路可以看作是具有寄生电感和等效串联电阻的理想电容器系列。用这种方法生产的铝电解电容器，由于要吸收比以往更大的脉动电流，不得不选择大尺寸的电容器。为了解决这些问题，有必要研制一种体积小、抗高压、允许流过大量高频脉冲电流的新型电解电容器。此外，这种电解电容器在高温环境下工作，其工作寿命必须相对较长。 电解电容器是开关电源一次回路和二次回路滤波电路中重要的器件之一。一般来说，电解电容器的等效电路可以看作是具有寄生电感和等效串联电阻的理想电容器系列。 众所周知，开关电源是信息家电的主要电源，它对小型便携式电子设备做出了不可磨灭的贡献。随着开关电源的不断小型化、轻量化和高效率，开关电源在电子设备中的应用越来越多，普及率也越来越高，因此对电解电容器的要求是小容量、大容量、抗蠕变电流、高频低阻抗、高温度、高寿命，更适合高密度组装。 由于大多数电解电容器采用绕组结构，体积很容易膨胀，单位体积电容是其他电容器的几倍到几十倍。然而，获得大容量的电容是以体积膨胀为代价的。现代开关电源要求越来越高的效率和更小的体积。因此，有必要寻找新的解决方案来获得大容量和小容量的电容器。 在开关电源的原始侧使用有源滤波电路后，铝电解电容器的使用环境比以往更加恶劣，高频脉冲电流主要是20kHz~100kHz的脉动电流，大大增加；变换器的主开关加热，导致铝电解电容器周围温度升高；变换器大多采用升压电路，因此需要高压铝电解电容器。 用这种方法生产的铝电解电容器，由于要吸收比以往更大的脉动电流，不得不选择大尺寸的电容器。因此，电源太大，很难应用于微型电子设备。为了解决这些问题，有必要研制一种体积小、抗高压、允许流过大量高频脉冲电流的新型电解电容器。此外，这种电解电容器在高温环境下工作，其工作寿命必须相对较长。

纹波电流对铝电解电容器的影响

实验发现，用于开关电源输出滤波的普通cdii4700μF、16V电解电容器纹波和峰值不低于cd03hf4700μF、16V高频电解电容器，普通电解电容器温升相对较高。当负载突变时，普通电解电容器的暂态响应要比高频电解电容器差得多。纹波电流对铝电解电容器的主要影响是在电渣重熔过程中产生电耗，使铝电解电容器发热，从而缩短其使用寿命。为了减小纹波电流，可以采用容量较大的铝电解电容器。对于平板电视，为了承受大电流，有必要进一步降低电容的ESR。 实验发现，用于开关电源输出滤波的普通cdii4700μF、16V电解电容器纹波和峰值不低于cd03hf4700μF、16V高频电解电容器，普通电解电容器温升相对较高。当负载突变时，普通电解电容器的暂态响应要比高频电解电容器差得多。 为了达到高效率，开关电源提高了工作频率的高频度，特别是在小型高输出开关电源中，输入滤波电容要求高纹波和低输出阻抗。为了使输出滤波电容器高频低阻抗，必须减小等效串联电阻。 纹波电流是影响电解电容器性能的重要参数之一。纹波电流对铝电解电容器的主要影响是在电渣重熔过程中产生电耗，使铝电解电容器发热，从而缩短其使用寿命。从特性曲线可以看出（图中所示为电渣重熔时纹波电流产生的损耗与纹波电流有效值的平方成正比。因此，随着纹波电流的增大，每小时寿命曲线近似于抛物线函数曲线。为了减小纹波电流，可以采用容量较大的铝电解电容器。毕竟，大容量铝电解电容器所能承受的纹波电流要大于小容量铝电解电容器；也可以并联多个小容量铝电解电容器，并可选择低纹波电流电路拓扑。一般来说，反激式变换器产生的开关电流相对大。 对于平板电视，为了承受大电流，有必要进一步降低电容的ESR。究其原因，是在数字设备中，随着功能的增加，电路的电流有增大的趋势。对于液晶电视MPEG编解码的图像处理电路，2006年芯片中电源电路的电流约为3a。据相关人士预测，在增加电路规模以满足全高清（FullHD）的要求后，芯片中的电流将增加到 左右，2008年左右将达到8A~9A。