铝电容器—做出正确选择

　　任何电子组装均需要电源装置(PSU)：每种设计的这一关键部分是确保可靠性、长久使用寿命及适当性能的基础。而PSU 依赖无源元件，这些元件对于确保PSU 的正常工作而言至关重要。

　　尽管这些无源元件(即，电阻器、电感器及电容器)通常被认为是理当如此，但设计人员需要详细了解与这些元件的选择及规格相关的问题：它们通常对性能及成本具有重大影响。

　　对于需要高电容值及高功率密度的电源，在满足这些电源中的滤波及蓄能要求方面，铝电容器是最适合的器件。它们具有高电容成本比和高功率密度成本比，体积还比用其它技术的产品更小，并且相对而言不易受电压峰值的影响。此外，铝电容器具有广阔的物理尺寸及电容值可供选择。

　　尽管铝电容器容易被视为普通商品级产品，但除电感器外，它们在电源中通常是成本最高的无源元件。选择这些元件不像看起来那样简单—这些元件有多种不同类型可供选择，而且数据手册提供了大量并非始终容易解释的信息。设计人员必须同时注重这些电容器的优势和限制。

　　电路模拟程序使这种情况变得更加复杂，因为它们不能轻松处理随频率变化的元件特性。为实现精确模拟，设计人员必须输入与指定工作条件最相应的参数值。而这需要充分了解铝电容器随频率变化的行为。此外，设计人员还必须了解这种行为如何随时间的推移而改变，以确保在应用整个生命周期中实现可靠运行。

　　电源电路一般将铝电容器用在设计的输入缓冲器(AC/DC) 及输出(DC/DC) 部分(请参见图1)。在输入部分，它们有三种功能：第一，当电源电平下降时提供电能；第二，当AC/DC电路适应新的功率电平时蓄能；第三，通过防止高频噪声传到电源，减少EMC 问题。在输出部分，铝电容器在功率需量改变时提供能量缓冲方面也非常重要，而且在针对电路电感执行主要电流吸收功能方面也同样具有重要作用(请参见表1)。

　　在所有这些功能方面的选择标准不仅取决于电容及功率处理特性，而且还取决于损耗影响、等效串联电阻(ESR) 的建模，以及这些参数随时间而变化的趋势。

　　在输入缓冲器部分，ESR 的增加将使高频电压噪声增加，并且在滤波器电容降低时会降低该器件的效率，同时会导致DC/DC 转换器的输入电压降到可接受的最低值以下。在输入部分，更高的ESR 会使输出纹波电压升高，并会影响电源控制环路的稳定性。

　　因此，很明显，电容的参数值及随着时间的变化而变化的特性是电源设计中的重要因素。为了更好地了解这些现象，有必要先来看看现代非固体铝电容器的结构(如图2所示). 每个器件包含一个由四个元素组成的筒形绕阻。电容器的第一块极板是由电化蚀刻阳极铝箔形成的。蚀刻铝箔上的氧化层形成电介质，而与氧化层接触的电解液是电容器的第二块极板。第二块箔(常被误认为第二块极板)与电解液另一端接触。绝缘间隔纸片使电解液位置不变，并使两块铝箔相隔离。

　　在非固体铝电容器中， 形成电容器第二块极板的电解液渗透至阳极氧化层中，以提供最大的表面接触空间，也因此确保了较高的电容值。对于固体铝电容器和钽电容器而言，电容器的第二块极块是采用经过特殊处理的液体转化为固体而形成。