在现代电源技术中，无论是线性电源还是开关电源，铝电解电容器都是必不可少的关键器件。但在业界常规的交流DC电源设计中，铝电解电容在高低温条件下会带来可靠性差、寿命短等问题。那么，有没有一种装置既能替代传统的铝电解电容器，又能提高电源的可靠性和寿命呢？本文主要讨论和分析高压陶瓷电容器和传统铝电解电容器的优缺点。一、铝电解电容器的设计缺陷。为了实现交流到DC的转换，必须对交流电压进行整流和滤波，形成稳定平滑的DC电压，为自身和外部设备供电。但是电解电容器有很多优点，单位体积电容大，额定容量大(可以达到法拉级)，价格低廉等。往往成为常规开关电源中整流滤波的关键器件。电解电容器是用铝圆筒作负极，充以液体电解质，并插入一根弯曲的铝条作正极。在高温、低温等极端条件下，电解液极易渗漏、干涸，改变其电性能，最终导致电容器失效。铝电解电容器一旦失效，会因剧烈反应形成压力而释放出易燃、腐蚀性气体，导致交流DC模块电源失效。根据铝电解电容器的物理结构，可以等效为图1所示的电路，其中CAK代表两电极间的理想电容；Rp是并联电阻，代表电容的漏电流分量；Rl表示电容器端子和电极部分的串联电阻分量；l代表引线和连接的等效串联电感分量。铝电解电容器的性能主要取决于电介质部分，即阳极金属氧化膜部分。除了初始过程的影响，电解液在工作过程中还会不断修复和增厚氧化膜。随着阳极金属氧化膜厚度的增加，铝电解电容器等效电路模型中的电容值C会不断减小，等效串联电阻的ESR会不断增大。同时，阴极反应产生的氢气加速了电解液的蒸发，这些都是造成铝电解电容器劣化的主要因素。因此，电解电容器虽然具有其他类型电容器无法替代的优点，但仍然存在内部损耗大、静电容量误差大、漏电流大、高低温特性差等缺陷。因此，传统的用电解电容设计的交流DC功率模块在高低温特性、可靠性和使用寿命方面都有明显的缺点。那么，如果交流DC电源设计中不使用电解电容，电源产品会有什么变化呢？无电解电容的交流DC电源模块能否避免上述致命缺陷？日前，杨进生通过采用高压陶瓷电容填谷电路设计，替代并优化电解电容的基本功能，成功设计出LN系列无电解电容交流DC电源模块，解决了电解电容带来的交流DC电源体积大、寿命短、高低温性能差等问题。无电解电容的产品优势与电解电容相比，陶瓷电容具有极低的ESR和ESL，可以降低寄生参数带来的损坏风险；同时，由于陶瓷电容器的电解液在高低温等极端条件下不易挥发和凝固，容量相对稳定，可以长时间保持电容器的电气特性，从而大大提高电源产品的高低温性能和长期使用可靠性。1)高效环保的LN系列采用填谷电路设计，用高压陶瓷电容完美替代铝电解电容，增大整流管导通角，使输入电流波形从尖峰pu变得更接近正弦波
除内部因素外，大部分电源都要在高环境温度下使用，会导致电解液挥发，降低电解电容的使用寿命。陶瓷电容器采用特性最稳定的陶瓷材料制成，尤其是一种陶瓷电容器(NOP)，可实现-55~ 125的工作环境温度，容量变化不超过30 ppm/。当电容随温度变化时，电容值非常稳定，即具有温度补偿功能。适用于要求电容值稳定且在温度变化范围内具有高Q值的电路和各种谐振电路。二/三类陶瓷(X7R)在-55~ 125的工作温度范围内，最大容量变化为15%。从高压陶瓷电容器的电介质和铝电解电容器的电解液的特性可以看出，陶瓷电容器可以承受更为苛刻的环境要求，这对电力产品的寿命和可靠性设计具有重要意义，可以大大提高电力产品的使用寿命和可靠性。杨进生AC-DC无电解电容电源模块LN系列采用填谷电路，成功地用高压陶瓷电容器替代了铝电解电容器，可以有效地避免电解电容器因内部电解液而导致的高低温性能不佳。避免了因电解液挥发造成的电容值下降和电源产品寿命降低的问题；甚至可以避免因电解液猛烈喷出或泄漏而导致的安全问题。3)稳定的高低温特性。目前，大多数常规电解电容器的额定工作温度为105。然而，由于电解电容在高温下电解液易挥发，采用常规电解电容的交流DC电源只能在70下工作。提高电源的工作环境温度，需要采用价格更高、体积更大的电解电容，或者通过降额实现其在高低温条件下的应用。杨进生常规交流-DC电源产品在高低温条件下的降额要求如下图3所示：杨进生LN系列可以在成本和体积变化不大的情况下实现高温工作，可以满足-40到70条件下的任何降额要求，因此可以适用于更高的环境温度。
等行业。4)高EMC特性
金升阳无电解电容LN系列产品，充分考虑到不同应用场合、不同的设计要求，对产品的EMC性能进行了全面的升级优化。在模块内部通过PCB设计、采用多级EMC滤波等方式实现在无任何外围防护器件的情况下EMI满足CLSS B，防浪涌能力达4级。
三、总结
金升阳无电解电容AC-DC电源模块LN系列的成功开发证明AC-DC电源设计中也可不使用电解电容。通过采用高压陶瓷电容的填谷电路设计替代并优化电解电容的基本功能，能够完美解决电源模块因电解电容本身固有缺陷而产生的高低温性能差、可靠性差、使用寿命短等问题。
