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(shè)計的這一關(guān)鍵部分是確保可靠性、長久使用壽命及適當(dāng)性能的基礎(chǔ)。而PSU 依賴無源元件，這些元件對于確保PSU 的正常工作而言至關(guān)重要。

　　盡管這些無源元件(即，電阻器、電感器及電容器)通常被認(rèn)為是理當(dāng)如此，但設(shè)計人員需要詳細(xì)了解與這些元件的選擇及規(guī)格相關(guān)的問題：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源元件。選擇這些元件不像看起來那樣簡單—這些元件有多種不同類型可供選擇，而且數(shù)據(jù)手冊提供了大量并非始終容易解釋的信息。設(shè)計人員必須同時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(fù)雜，因為它們不能輕松處理隨頻率變化的元件特性。為實現(xiàn)精確模擬，設(shè)計人員必須輸入與指定工作條件最相應(yīng)的參數(shù)值。而這需要充分了解鋁電容器隨頻率變化的行為。此外，設(shè)計人員還必須了解這種行為如何隨時間的推移而改變，以確保在應(yīng)用整個生命周期中實現(xiàn)可靠運行。

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

　　在所有這些功能方面的選擇標(biāo)準(zhǔn)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(shù)隨時間而變化的趨勢。

　　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會降低該器件的效率，同時會導(dǎo)致DC/DC 轉(zhuǎn)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 會使輸出紋波電壓升高，并會影響電源控制環(huán)路的穩(wěn)定性。

　　因此，很明顯，電容的參數(shù)值及隨著時間的變化而變化的特性是電源設(shè)計中的重要因素。為了更好地了解這些現(xiàn)象，有必要先來看看現(xiàn)代非固體鋁電容器的結(jié)構(gòu)(如圖2所示). 每個器件包含一個由四個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(rèn)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)過特殊處理的液體轉(zhuǎn)化為固體而形成。