1.5 铝电解电容器

铝电解电容器是电子线路中应用最多的电容器，主要因为其价格低廉。然而一分价钱一分货，铝电解电容器的价格低廉的应用要求给其性能带来了很多问题。

铝电解电容器的原理与性能分析可参见《电容器手册》（科学出版社2008年9月出版），这里不再赘述。在此仅分析铝电解电容器在购买、应用过程中需要注意的问题。

1.5.1 购买铝电解电容器时需要注意的问题

在购买铝电解电容器过程中是最容易出现问题的，可概括如下。

1. 不要应用来路不明的铝电解电容器

为什么不要应用来路不明的铝电解电容器？最根本的原因是我国的电子元器件市场曾经历过拆机件、水货和假货充斥的情况。随着时代的进步，这种现象越来越少。但是，需要注意的是，半导体器件尚可应用拆机件，而铝电解电容器绝不能应用拆机件！原因是铝电解电容器的寿命在各类电子元器件中是最短的。在国外报废的电子产品的拆机件中，铝电解电容器的剩余寿命是最少的。如果仅仅是做实验还能勉强，而如果是做产品，则其后果可想而知。

2. 拆机件、水货、假货

在电子元器件市场上最常见的是拆机件，在拆机件中唯有铝电解电容器不能应用于产品，其原因非常明显。经过几年的使用，铝电解电容器的寿命已接近终了，即使这时的性能还相当不错。而铝电解电容器的特点就是，性能不变则已，一变就变化得非常快。这样，即使铝电解电容器接近寿命终了前，其性能还是不错的，但是一旦进入寿命终了状态，便“衰老”得极快，很短时间内即“死亡”。因此，在电子线路设计中绝对不能掉以轻心。

可能有人会说，国外原装的就是比国产的好！不能否认的是，在性能上我国的电子元器件与国外著名厂商的元器件相比还是有差距的。但是国内的铝电解电容器除高温、高纹波电流应用外，无论在性能上还是在寿命时间上都可以满足一般的应用要求。这里的问题是，如果选用国外著名厂商的正常销售的铝电解电容器绝对没有错，而选用拆机的铝电解电容器则是错的。

市场上，某些铝电解电容器不是从正常渠道进货的，所以是不是原装正品将不能保证，有的就是生产厂下线的铝电解电容器，这就是水货。不仅如此，还有些不法“外商”委托一些铝电解电容器厂商贴牌，然后冒充原装货出售，这就是假货。不仅我国电子产品市场受到水货、假货的冲击，有些不法“外商”还将贴牌的铝电解电容器销售到海外。

3. 套膜铝电解电容器

套膜是伪劣铝电解电容器“翻新”的常用手法。通常，将买来的铝电解电容器重新套上热缩管膜，新套膜热缩管标注的额定电压比原来的额定电压上升两档，其印刷水平可以以假乱真。例如，将额定电压为250V的铝电解电容器换上额定电压为400V的，则这样的铝电解电容器的“价值”将翻番甚至更高。套膜铝电解电容器之所以如此“包装”，是利用了应用时通常要电压降额的习惯，在电压降额后可能正好是套膜铝电解电容器的浪涌电压值，在这个电压下，套膜铝电解电容器还是能使用一段时间的。

另一种套膜的手法是，将85℃额定温度的铝电解电容器重新套膜，改成105℃额定温度的铝电解电容器；还有就是将低寿命型号改成长寿命型号的。这种套膜方法的目的只有一个，就是提高销售价格。

4. 翻新铝电解电容器

翻新铝电解电容器的性能也比较恶劣，通常是收集国内外下线的铝电解电容器，重新浸电解液后封装。尽管国外著名铝电解电容器的检测比国内严格，但有些下线的铝电解电容器的性能还是接近于国内正牌铝电解电容器的。但是，其性能只是接近而已，当然不如国内正牌铝电解电容器。

5.“偷电压”的铝电解电容器

有些国内的个别不注重信誉的铝电解电容器生产厂商为了获得更高的利润，常采用“偷电压”的方法降低高压铝电解电容器的生产成本。

由于铝电解电容器的浪涌电压是额定电压的1.15倍，所以350V额定电压的铝电解电容器的浪涌电压为402V，高于（220V+20%）对应的整流峰值电压370V；而对于300V额定电压的铝电解电容器，其浪涌电压为345V，可以满足242V交流有效值输入电压，即交流220V+10%。随着我国电网供电质量的提高，220V市电电压一般不会超过这个数值。这时，选用400V额定电压和选用300V额定电压在短时间内根本看不出差异。

而用额定电压为300V的阳极铝箔替代额定电压为400V的阳极铝箔将会明显降低铝电解电容器的成本。

在一般的应用中，为了避免过大的漏电流、延长铝电解电容器的寿命，通常要降低铝电解电容器的使用电压，一般取0.9以下。

如果选用了“偷电压”的铝电解电容器就将已经留出的电压富裕量丧失殆尽，甚至可能使工作电压超过额定电压，则漏电流将明显增加，从而大大减少了铝电解电容器的寿命。

识别套膜铝电解电容器和“偷电压”铝电解电容器时，可以采用测试击穿电压、再折算额定电压、确认所测试的铝电解电容器的真实额定电压的方法。

6. 下线铝电解电容器

在国内电子产品市场上可以看到下线铝电解电容器。下线铝电解电容器通常是一些不负责任的销售商为了获得市场竞争力，到铝电解电容器生产厂收购下线的铝电解电容器，剔除没有电容量和击穿的后拿到市场上销售的。

下线铝电解电容器的特点是，用万用表测试时，其电容量是正常的。但是如果测试漏电流则会看到下线铝电解电容器的漏电流和损耗因数高于正品铝电解电容器。但是，对于漏电流和损耗因数，用户一般不会测试的。

下线铝电解电容器作为耦合电容器时会导致后级偏置电压偏移，但是又找不出原因；如果用于延迟应用，则会出现延迟时间明显小于设定值或延迟时间不稳定的现象，这是因为铝电解电容器在施加直流电压后漏电流见效的原因。

由于下线铝电解电容器的漏电流大，所以其实际寿命明显短于预期寿命。例如，预期寿命为5年，实际上只有2～3年，这在其使用初期是根本看不到的。从这里也会看到9000系列质量认证的重要性。

如果下线铝电解电容器用于大纹波电流或高温环境，则是极其危险的，因为过高的漏电流会导致铝电解电容器在大纹波电流或高温应用时的温度更高，轻者寿命缩短，严重时会导致铝电解电容器“爆浆”而失效。

7. 在国内销售的国外的铝电解电容器的情况

国外著名的铝电解电容器品牌的质量明显高于国内生产的铝电解电容器，这一点是毋庸置疑的。国外铝电解电容器制造商在为发达国家供货时提供的是优质的电解电容器。

而这些制造商在为我国供货时提供的铝电解电容器，特别是高压、大电容量的铝电解电容器总是存在一点瑕疵。最明显的就是其电容量总是存在负偏差，而且其质量（如漏电流）也不及为发达国家所供的货的品质。

其原因除了有歧视我国以外，最主要的是，我国的铝电解电容器的售价比较低，所以他们的铝电解电容器卖不出价格，只能在偷电容量上补偿。但这样做的结果只能是有损于该品牌的信誉。如果有一天我国的铝电解电容器的质量能够与国外著名品牌相比，电容量足够，那么，“偷电容量”的铝电解电容器必然被淘汰出中国市场，无论这个厂商是多么著名。

国内的铝电解电容器用户也应该在购买的铝电解电容器的技术指标上把关，不要为了暂时的利益而损害长远利益。

国外的大电容量铝电解电容器的寿命均比较长（如4000小时），但为了降低在我国市场的售价，国外铝电解电容器生产厂商推出的往往是寿命相对短的“经济型”铝电解电容器，如CDE就专为我国市场推出了2000小时的“经济型”铝电解电容器，这在欧美市场上是看不到的。因此，不要以为欧美的铝电解电容器的寿命都长，在国内能买到的并不一定是长寿命的。

8. 短寿命的高温铝电解电容器的预期寿命

在高温应用中，常用105℃额定温度的铝电解电容器替代85℃的铝电解电容器。通常，在选择时，常注重温度，并不注重寿命小时数。实际上，105℃、1000小时的铝电解电容器在85℃以下应用时并不比85℃、4000小时的铝电解电容器好，只是在85℃以上或大纹波电流时才能看到其优势。

在比较经典的节能灯和汽车发动机舱的高温应用中，不仅要选择高温铝电解电容器，而且还要选择更长的寿命小时数的铝电解电容器。例如，EPCOS的B43697电子镇流器用铝电解电容器的额定温度为140℃，在105℃温度、420V电压下的寿命为11500小时，相当于短寿命的11倍！

因此，铝电解电容器在高温应用时不能仅考虑额定温度，还要考虑寿命小时数。

9. 铝电解电容器的体积与性能、预期寿命

通常，为了减小电子线路的体积，更多地使用了小体积的铝电解电容器，而铝电解电容器生产厂商为了适应用户的要求也推出了小体积的铝电解电容器。但是，实践经验表明，体积小的铝电解电容器的ESR会比较大，不仅不适合于要求低ESR的应用，而且即使用于一般的旁路应用也会出现旁路效果不佳的问题。

不仅如此，体积小的铝电解电容器的寿命一般不会很高。同时，允许的纹波电流值也将会低于体积稍大的铝电解电容器。

由于体积小，所以散热能力就会变差。在高纹波电流应用中，体积小的铝电解电容器的壳温将高于常规体积铝电解电容器的壳温，故其使用寿命会缩短。

1.5.2 铝电解电容器在应用中需要注意的问题

1. 铝电解电容器的应用频率

所有形式的电容器都存在着应用频率范围的问题，而铝电解电容器的问题最多，其原因之一是，其他电容器都可以做成无感结构，可以获得尽可能低的寄生电感，而铝电解电容器由于制造工艺的限制而很难实现像其他电容器那样的无感结构；其原因之二是，铝电解电容器的等效串联电感相对最大（除超级电容器外），当频率使铝电解电容器的容抗低于等效串联电阻时，等效串联电阻就成了铝电解电容器的主要阻抗部分，这使得铝电解电容器在很宽的一段频率范围内的旁路、滤波效果远低于其他形式的电容器。

那么，铝电解电容器的使用频率大概为多少呢？对于电子设计竞赛而言，铝电解电容器的使用频率为100kHz以下即可以很好地工作。特别是在很低的频率下，其他电容器由于电容量的限制而很难在很低的频率下具有低容抗。

在比较高的工作频率下，为了降低电路成本，也可以采用铝电解电容器与陶瓷电容器（或薄膜电容器）并联的方式来改善高频特性。

2. 铝电解电容器的ESR和可承受的纹波电流

铝电解电容器在应用时，需要清楚其等效串联电阻对电路性能的影响。在一般的工频整流滤波电路中，其等效串联电阻的作用可以忽略。

在高纹波电流旁路应用、开关电源的输入端电源旁路应用及开关电源输出整流滤波的应用中，铝电解电容器的等效串联电阻的影响则不可忽略。

在高纹波电流旁路应用和开关电源的输入端电源旁路应用中，等效串联电阻流过高幅值纹波电流时将产生损耗，一旦这个损耗超过铝电解电容器的耗散能力，就会使铝电解电容器过热；不仅如此，过高的等效串联电阻还会导致被旁路的电源电压中出现过高的纹波电压，从而影响电路的性能。

在开关电源输出整流滤波的应用中，铝电解电容器的过高的等效串联电阻不仅会导致铝电解电容器发热，更主要的是会造成滤波电容器旁路纹波电流的作用减弱，使得流过负载的纹波电流过大而导致纹波电压过高。

那么，铝电解电容器的等效串联电阻有多大？1μF的铝电解电容器的等效串联电阻约为20Ω，100μF的铝电解电容器的等效串联电阻约为2Ω，1000μF的铝电解电容器的等效串联电阻约为0.3Ω。可以想象，这是多么不可接受的结论啊！

铝电解电容器的可承受纹波电流是很低的，例如，1000μF的低压铝电解电容器的额定纹波电流承受能力约为1A，这个结果肯定也是很令人意外的！因此，在高纹波电流应用中，需要考虑铝电解电容器的电流承受能力。

3. 铝电解电容器的类型

过去，铝电解电容器仅仅有普通型。随着开关电源的大量问世，对铝电解电容器的性能有了更高的要求，于是出现了低ESR铝电解电容器；随着变频器的大量应用，高纹波电流耐量的铝电解电容器应运而生；随着高温应用的不断增多，铝电解电容器的最高工作温度从最初的55℃上升到85℃，甚至达到105℃、125℃、150℃！

4. 铝电解电容器的漏电流

铝电解电容器的另一个需要注意的问题就是漏电流。在作为隔直、耦合的应用中，铝电解电容器的漏电流水平尤为重要。一般，正品铝电解电容器的漏电流是可以满足电子线路性能要求的，然而很多铝电解电容器是从电子产品市场上买到的，质量很成问题，其最主要的问题就是漏电流。在实际应用中，经常会发现由于铝电解电容器过大漏电流导致电子线路直流工作点的偏移。

为了减小铝电解电容器的漏电流，可以在应用前将铝电解电容器施加额定电压数小时，以大幅度减小漏电流的数值；通过正确的购买渠道购买品质有保证的铝电解电容器是解决铝电解电容器漏电流的根本；如果铝电解电容器漏电流过大，则可以选用陶瓷贴片电容器或薄膜电容器替代铝电解电容器，这是有效处理铝电解电容器漏电流的根本措施。

5. 铝电解电容器的异常状态

铝电解电容器在应用不当时可能会出现异常状态，其主要现象有过热、防爆阀动作。

铝电解电容器过热的主要原因是漏电流过大，施加的电压过高，反向电压、流过的交流电流过大。漏电流过大是品质恶劣的铝电解电容器的最大特点，漏电流乘以工作电压就是铝电解电容器的损耗。需要注意的是，铝电解电容器的可耗散功率是非常低的，漏电流过大而发热将是必然的。施加的电压过高而达到铝电解电容器的浪涌电压以上时，铝电解电容器的漏电流会急剧增加，其最终结果将与漏电流过高一样，只不过这种现象在正常的铝电解电容器中也会出现，而漏电流过大是在品质恶劣的铝电解电容器上产生的。如果反向电压超过1V，则可能会损坏铝电解电容器，其现象就是漏电流急剧增加。在脉冲应用中，可能会出现平均值为正电压而瞬时值为负电压的现象，这一点必须要给予注意。流过的交流电流过大而导致发热是显而易见的，不再赘述。

铝电解电容器过热的最严重的后果就是防爆阀动作。这时无论电容量、漏电流是否符合要求，铝电解电容器都被判定为失效，都不能继续使用。