CCM Buck变换器输出电容ESR和C的监测研究(4)
为了最佳的滤波效果，往往会选择容量较大的电容作为滤波电容，而铝电解电容具有大容量、高耐压的特点和高性价比的优势，成为滤波电容最常用的选择[7]。
按照滤波对象频率的高低可以分为低频滤波和高频滤波，不同的工作条件对铝电解电容寿命的影响也是不同的。低频滤波常用作工频整流滤波，因此工作频率通常为市电频率，在这样的低频下，铝电解电容的阻抗不会充分表现出来，尤其是等效电感；高频滤波主要应用场合是开关变换器输出整流滤波，开关电源的工作频率都在几千赫兹以上，往往高达几万赫兹，此时电解电容的等效电阻和等效电感增大，电流流过产生损耗，并转化为热量，因而电容开始发热，温升足够高时，电容内部的电解液将可能气化，加上长期积累的气体，使电容内部压力不断增大，进而造成电容器鼓包甚至胀破。
2.2 电解电容常见的失效模式
作为使用范围最广、用量最大的器件，电容器是各类电子设备不可替代的电子器件。不同种类的电容对应不同的需求，工作条件以及电容器本身的不同特性，其故障模式并不唯一，失效原因也存在多样性。根据电容器失效对性能的影响程度可以分为完全失效和退化失效。完全失效是指电容器故障后失去全部功能的情况，通常是突发性失效，如开路、短路等；退化失效是指电容器因为某些原因使电参数变差而导致性能下降的情况，如容量下降，等效串联电阻增大，电解液减少等[8-9]。电容器的失效与其工作环境和工作条件有很大关系，在多种退化条件的作用下，如高频纹波和高温环境共同作用，这会极大加速电容内部的温升，加速劣化过程，甚至会导致电容器爆裂，因此电容的故障往往会同时出现多种失效模式，此外在一种劣化失效模式的作用下也会引发其他的失效模式。
下面列举电容器的几种失效模式：
1)击穿
制作材料和制造过程的缺陷是导致电容器击穿的原因之一，在阳极箔上造成一些极小穿孔或洞，或者其他形式的损伤，使电解液直接接触到阳极形成击穿短路。击穿的根本原因就是氧化膜的损坏，当氧化膜由于各方面原因造成损伤后，阳极箔在外加电压的作用下可以由电解液将损伤部位重新氧化，形成新的氧化膜修复损伤，这就是铝电解电容的自动修复特性。但当损伤部位因为杂质的存在或者其他缺陷而不能完全修复，阳极箔上仍然留有损伤，这将有可能导致穿孔，造成铝电解电容击穿短路。
2)漏液
电解液漏液的原因较多，电容器密封问题是漏液的主要原因之一，芯包封装在铝壳里，铝壳端口用胶塞或者胶垫加树脂紧压封口，若其封闭不佳则会导致电解液从铝壳边渗漏；电容器使用时间较长后，胶塞可能会老化甚至龟裂，这也会导致漏液。此外电解电容内部会产生气体，经过长期积累，或者高压工作条件使电解液气化的情况下，电容器内部的气压上升，气压足够大时就有可能带着电解液从引线处等地方渗出。电解液的泄漏直接导致阴极有效面积减少，使电容量下降，也会使其他的电参数劣化；电解液的减少会使阳极氧化膜的修复能力下降，最终导致击穿。
3)开路
引出线与铝箔铆接处出现裂口，就有可能导致裂口处氧化，进而造成开路；铝箔本身表面氧化膜较厚也是开路的原因之一，氧化膜过厚会使铆接时接触不良，造成间歇开路或者完全开路；在高温高湿的环境下，阳极引线可能会因为遭受腐蚀而断裂，从而引起开路。
完全失效的危害很大，但是这样的突发失效概率并不会很高，突发失效往往是因为使用不当（接入极性相反）或者电容器本身的缺陷造成的，而电容器的缺陷的影响往往在早期就会表现出来，实际上电容器出厂后已经进入稳定期，因此出厂合格的电容器在很大程度上已经避免了电容本身缺陷造成的突发失效。相对于突发失效，电容器的退化失效的积累最终导致完全失效成为最普遍的情况，此外退化失效也是突发失效引发的原因之一。致命的突发失效是无法预见以及挽救的，因此只能通过研究退化失效来预测电容器的寿命。由此可见，有必要进一步分析电解电容的退化失效机理。