CCM Buck变换器输出电容ESR和C的监测研究(3)
图1-1、电子器件失效率
二极管失效率仅为百分之三，电感器件失效率为百分之吹冰，MOSFET失效率则高达百分之三十一，而常用的铝电解电容的失效率约占到失效器件总数的60%其失效率远远超过其他器件。因此,铝电解电容就是决定开关电源性能和可靠性的首要关键器件。由此可见,研究铝电解电容的失效模式是分析并确定开关变换器运行状况的重要环节。此外,分析铝电解电容失效模式及其对开关变换器运行状况的影响,对开关变换器可能出现故障的判断和剩余使用寿命的预测有重要作用,进而可以提高开关电源的稳定性和可靠性。
2 电解电容浅析
2.1 电解电容在电源系统中的作用
电容在电源电路中，主要实现旁路、去藕、滤波和储能这四个方面的作用[6]，下面分别详细分析：
1）滤波。这是电容的作用中很常用但也是很重要的部分，几乎所有的电源电路中、大部分其他电子电路中都会用到。在理想状况下，容量越大的电容，阻抗反而越小，允许通过信号的频率越高。但实际上由于制作材料、工艺上的不能达到理想，电容器存在电阻和电感成分，容量较大的电容通常为电解电容，存在较大的感量成份，所以当频率增大到一定程度后，等效电感的作用将明显表现出来。因此实际电路中会将一个容值较大的电解电容与一个较小电容并联使用，信号的低频部分由大电容通过，高频部分由小电容通过。电容电压不能突变，当非恒定的电压通过时，电容可以起到削峰填谷的作用，即滤波。
2）旁路。旁路电容的作用是将交流信号中混有的高频杂波滤除，且滤除对象通常是输入级。当某一级电路只允许通过低频信号时，在该级电路输入端加入一个合适的接地电容，为高频信号提供一个交流分路，从而将高频杂波从信号中旁路掉，留下低频信号输送到下一级电路。旁路电容要求感量成分小，对高频信号的阻抗应较小，谐振频率高，可以选择的如陶瓷电容或云母电容等，这样的特性可以为高频噪声提供交流分路即旁路，减少外界对该部分的耦合干扰，旁路就是将前一级电路或电源所含带的高频杂波或干扰信号滤去。
3）去藕。与旁路电容作用相似，都是滤除杂波起抗干扰的作用，但是其作用位置不同，去耦电容的滤除对象通常是输出级干扰信号。在电路中，驱动源部分，当负载电容较大时，驱动电路需要对电容进行充电并等电容放电结束，才能实现驱动信号的跳变，驱动信号上升沿较陡的情况下，电流较大，此时电路的电流会吸收较大的驱动源电流，在电路中的电感、电阻上表现出反弹，这样的电流对于正常工作来说就变成了一种噪声，可能会影响到前级电路的正常运行，这种情况称之为耦合。去藕电容就是起到缓冲作用，就像电池充放电，既满足驱动源的电流变化，又避免了前后级电路间的耦合干扰。
4）储能。储能型电容器就是为了存储电容而存在，因此通常要求具有较高的电容量，因此铝电解电容成为常用的选择。根据实际情况的要求，储能电容有时会串联、并联或者采用其他组合方式使用，当电路功率很大时，通常换成体积更大、容量更高的其他电容器。储能电容常常被放在整流器后，通过整流器吸收电能，再将能量由变换器输送至下级电路或电源，其实也有一定的滤波作用。
电源系统中滤波电容对电源品质保证有着最直接、最关键的作用。在直流电源供电的电路中，滤波电容不仅有平稳电源直流输出电压的作用，还能削弱交流波纹对整个电路的影响，此外还可以吸收电路运行过程中出现的电流脉动以及交流电源引入的干扰，提高电路的工作性能的稳定性和可靠性。