鋁電容器—做出正確選擇

　　任何電子組裝均需要電源裝置(PSU)：每種設計的這一關(guān)鍵部分是確?？煽啃?、長(cháng)久使用壽命及適當性能的基礎。而PSU 依賴(lài)無(wú)源元件，這些元件對于確保PSU 的正常工作而言至關(guān)重要。

　　盡管這些無(wú)源元件(即，電阻器、電感器及電容器)通常被認為是理當如此，但設計人員需要詳細了解與這些元件的選擇及規格相關(guān)的問(wèn)題：它們通常對性能及成本具有重大影響。

　　對于需要高電容值及高功率密度的電源，在滿(mǎn)足這些電源中的濾波及蓄能要求方面，鋁電容器是最適合的器件。它們具有高電容成本比和高功率密度成本比，體積還比用其它技術(shù)的產(chǎn)品更小，并且相對而言不易受電壓峰值的影響。此外，鋁電容器具有廣闊的物理尺寸及電容值可供選擇。

　　盡管鋁電容器容易被視為普通商品級產(chǎn)品，但除電感器外，它們在電源中通常是成本最高的無(wú)源元件。選擇這些元件不像看起來(lái)那樣簡(jiǎn)單—這些元件有多種不同類(lèi)型可供選擇，而且數據手冊提供了大量并非始終容易解釋的信息。設計人員必須同時(shí)注重這些電容器的優(yōu)勢和限制。

　　電路模擬程序使這種情況變得更加復雜，因為它們不能輕松處理隨頻率變化的元件特性。為實(shí)現精確模擬，設計人員必須輸入與指定工作條件最相應的參數值。而這需要充分了解鋁電容器隨頻率變化的行為。此外，設計人員還必須了解這種行為如何隨時(shí)間的推移而改變，以確保在應用整個(gè)生命周期中實(shí)現可靠運行。

　　電源電路一般將鋁電容器用在設計的輸入緩沖器(AC/DC) 及輸出(DC/DC) 部分(請參見(jiàn)圖1)。在輸入部分，它們有三種功能：第一，當電源電平下降時(shí)提供電能；第二，當AC/DC電路適應新的功率電平時(shí)蓄能；第三，通過(guò)防止高頻噪聲傳到電源，減少EMC 問(wèn)題。在輸出部分，鋁電容器在功率需量改變時(shí)提供能量緩沖方面也非常重要，而且在針對電路電感執行主要電流吸收功能方面也同樣具有重要作用(請參見(jiàn)表1)。

　　在所有這些功能方面的選擇標準不僅取決于電容及功率處理特性，而且還取決于損耗影響、等效串聯(lián)電阻(ESR) 的建模，以及這些參數隨時(shí)間而變化的趨勢。

　　在輸入緩沖器部分，ESR 的增加將使高頻電壓噪聲增加，并且在濾波器電容降低時(shí)會(huì )降低該器件的效率，同時(shí)會(huì )導致DC/DC 轉換器的輸入電壓降到可接受的最低值以下。在輸入部分，更高的ESR 會(huì )使輸出紋波電壓升高，并會(huì )影響電源控制環(huán)路的穩定性。

　　因此，很明顯，電容的參數值及隨著(zhù)時(shí)間的變化而變化的特性是電源設計中的重要因素。為了更好地了解這些現象，有必要先來(lái)看看現代非固體鋁電容器的結構(如圖2所示). 每個(gè)器件包含一個(gè)由四個(gè)元素組成的筒形繞阻。電容器的第一塊極板是由電化蝕刻陽(yáng)極鋁箔形成的。蝕刻鋁箔上的氧化層形成電介質(zhì)，而與氧化層接觸的電解液是電容器的第二塊極板。第二塊箔(常被誤認為第二塊極板)與電解液另一端接觸。絕緣間隔紙片使電解液位置不變，并使兩塊鋁箔相隔離。

　　在非固體鋁電容器中， 形成電容器第二塊極板的電解液滲透至陽(yáng)極氧化層中，以提供最大的表面接觸空間，也因此確保了較高的電容值。對于固體鋁電容器和鉭電容器而言，電容器的第二塊極塊是采用經(jīng)過(guò)特殊處理的液體轉化為固體而形成。