铝电解电容范文

导语：如何才能写好一篇铝电解电容，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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关键词：电子技术；腐蚀工艺；电解电容器；铝箔

电子工业的繁荣，带动了电子信息产业的发展，人们对中高档的电解电容器腐蚀化成箔的需求量越来越大，这也导致电解电容器腐蚀化成箔市场的供不应求，为了满足电子信息产业的发展，商家迫切的要求电解电容器的比容不断提高，本文将立足于铝电解电容器的结构以及特点，深入研究点解电容器用铝箔扩面腐蚀工艺。

一、铝电解电容器的结构及其特点

（一）铝电解电容器的优点

铝电解电容器与其他类型的电容器相比，拥有单位体积容量大、额定容量大、工作电厂强度高、具有自愈作用、介质层厚度可控制的优点，因此被广泛的应用于电子产业基础元件的制造当中，并获得了业内的认可。首先，铝电解电容器的单位体积电容量大，与其他类型的电容器相比，单位体积容量可能是其十几倍到几十倍，并且铝电解电容器的电解质厚度也是其他电容器的几十到几百倍。其次，铝电解电容器的额定容量大，由于铝电解电容器氧化膜厚度较大，因此很容易扩大面积，可以按照产品制造的要求，增加电解电容器的额定电容量。[1]最后，电解电容器还具有自愈作用，电容器电解质如果发生破坏，电解液中的酸根离子能够在短时间内将破坏位置堵住，从而使电解电容器恢复正常的状态，这在一定程度上增加了电解电容器的应用范围。也正是这些优点，使电解电容器在与其他电容器竞争之中脱颖而出，在汽车电子、变频技术领域得到广泛的应用，市场占有份额也在逐年上升。

（二）电解电容器的结构

现代电子设备的更新换代速度非常快，每一次的变革，都对电解电容器的性能提出了更高的要求，为了满足电子产业发展的需要，电解电容器必须在保证腐蚀滤波弯折强度的前提下，使电解电容器的比容不断提高，这要求电解电容器必须朝着高比容量、小体积的方向改进。首先，研究人员应该对铝电解电容器的结构有一个明确的了解，电解电容器的结构由两个部分组成，第一部分是铝壳和密封胶盖，这是电解电容器的外部构件，通常是由阳极铝箔与阴极铝箔缠绕而成，阳极铝箔的表面有一层氧化铝薄膜，起到了耐电压的作用，因此可以f，电解电容器的外部结构决定了电解电容器的寿命与电容量。[2]

（三）铝电解电容器铝箔腐蚀扩面

电解电容器的铝箔主要通过腐蚀过程来扩大有效表面积的，从而增加电解电容器的电容体积。电解电容器的比容受到铝基材料成分、铝基材料状态以及腐蚀工艺的影响，因此为了增加电解电容器的有效表面积，相关工作人员需要深入研究电解电容器铝箔扩面与腐蚀工艺的关系，明确腐蚀工艺的对电解电容器铝箔扩面的影响。

二、电解电容器用铝箔腐蚀工艺研究

相关工作人员主要采用了正交实验，研究腐蚀介质的比例、腐蚀电压大小、腐蚀温度对腐蚀箔性能的影响。

（一）腐蚀介质的比例对腐蚀箔性能的影响

研究表明，腐蚀介质中ClC浓度越高，腐蚀箔的比容越高，但到达一个临界值后，腐蚀箔的比容不仅不会增加，还会造成弯折强度的降低。在铝电解电容器遭到小孔腐蚀时，介质中的硫酸组分比例会增加，同时孔蚀电位下降，该实验，主要利用了钝化吸附的原理，因此ClC浓度的增加，能够提高增加小孔腐蚀的成核率，并继续向纵深发展。[3]在该实验中，氧化性酸起到了关键性的作用，因为氧化性酸可以有效的增加钝化膜的吸附力，因此在实验当中，要适当的增加硫酸组的比例，从而计算出腐蚀箔的最大比容。而腐蚀箔的弯折度度，则由腐蚀箔夹心层的厚度，厚度越大，腐蚀箔的腐蚀孔越均匀度越高，腐蚀箔的弯折度越高。反之亦然，腐蚀箔的弯折度与腐蚀箔的比容呈反比的关系，因此腐蚀孔均匀度越低，腐蚀箔的比容越高，但同时，这样的腐蚀箔易于这段，同样也不适用于电子元件的制造，因此相关研究人员需要平衡好腐蚀箔比容与腐蚀箔弯折度之间的关系。

（二）腐蚀电压大小对电极箔性能的影响

阳极氧化电压对腐蚀箔比容与弯折性能都会产生不同程度的影响，因此相关研究人员需要，根据电化学腐蚀原理，通过实验，找出电极箔的最佳值。实验表明，随着小孔腐蚀敏感性加剧，电极电位也会相应升高，因此可以说，电机点位的升高与小孔成核有着密切的关系，相关工作人员需要通过实验，找出局部电极电位的临界值，从而提高小孔成核的速度。[4]但需要注意，腐蚀箔的弯折度与腐蚀电压的大小并非线性关系，并非腐蚀电压越大，电极箔的弯折度越低，而是需要将孔壁腐蚀坍塌的变量加入其中在进行观察。可以在这个实验中观察到，腐蚀电压的大小对腐蚀箔的电容产生了一定的影响，腐蚀电压越大，腐蚀箔的电容越大，到达一个临界值之后，腐蚀电压继续增大，腐蚀箔的电容的增大速度逐渐降低。

（三）腐蚀温度和腐蚀时间对腐蚀箔性能的影响

研究人员通过提高腐蚀温度，延长腐蚀时间的方法，观察腐蚀箔性能的变化，研究表明，不管温度的提高，还是时间的延长，都会对腐蚀箔的性能产生一定的影响，腐蚀温度升高，会加速腐蚀孔内阳离子的溶解，从而使外阴离子向孔内迁移，一定程度上降低了溶液的活性。同时，腐蚀孔的继续加深，是孔内金属氯化物更加浓缩，因此腐蚀温度能够增加电解电容器内水解质酸度。而随着腐蚀时间的延长，腐蚀箔的折弯强度会直线下降，直到腐蚀孔堵塞，这个反应才会中止，因此相关工作人员需要根据腐蚀箔性能的要求，合理的选择腐蚀温度和腐蚀时间，从而提高腐蚀孔的均匀度。[5]

结语：

综上所述，腐蚀温度、腐蚀时间、腐蚀介质的比例以及腐蚀电压的大小都会对腐蚀箔的性能产生不同程度的影响，因此相关工作人员需要按照要求，选择科学的腐蚀工艺参数。

参考文献：

[1]郑红梅，吴玉程，黄新民，胡学飞，刘勉诚，杨蓓蓓.铝电解电容器用电子铝箔的性能分析与比较[J].功能材料与器件学报，2012，01：10-16.

[2]陈永真.用薄膜电容器替代铝电解电容器的分析与实践[A].浙江省电源学会.浙江省电源学会第十一届学术年会暨省科协重点科技活动“高效节能电力电子新技术”研讨会论文集[C].浙江省电源学会：，2013：4.

[3]于欣伟，赵国鹏，李魁，高泉涌，冯耀邦，陈姚，郑文芝.电解电容器使用支链多元羧酸铵盐电解液的研究[J].广州大学学报（自然科学版），2013，02：6-9.

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电容器一般有陶瓷电容器、有机薄膜电容器和电解电容器三大类。陶瓷电容器、有机薄膜电容器都是用电介质材料直接命名，而电解电容器则是用一种工艺的名称来命名。正因为此，电解电容器具有与陶瓷电容器、有机薄膜电容器完全不同的特性。电解电容器根据所应用的阀金属材料的不同而分为铝电解电容器和钽电解电容器。

1 电解电容器的基本构造特征

电解电容器的内部结构与陶瓷电容器、有机薄膜电容器相比有明显的不同，大致有三个特征：

（1）电解电容器的电介质是在（如铝、钽、铌之类）阀金属表面上通过电解过程所生成的一层极薄的金属氧化膜（可以小到纳米级），此层氧化膜介质完全与组成电容器的一端电极结合成一个整体，它不能单独存在。而陶瓷电容器、有机薄膜电容器的电介质则是由一种独立制造的绝缘材料（如有机薄膜、陶瓷片等）所构成。

（2）电解电容器中生成氧化膜电介质的阀金属是电容器的一个电极称为阳极，也即在极性电解电容器中是接入电路中应用时的正极。电解电容器的另一极并非金属，而是所谓“电解质”（注意电解质不是电介质），它可以为液体，也可为糊状、凝胶或者是固体，这是使电解电容器能够承受极高的工作电场强度以及保持电容器可靠工作的必要条件，这一极称为电容器的阴极。

（3）为了使阴极能与外界电路相连接，又以另一金属与电解质相接触，这是电解电容器接入电路时的负极，它仅起引出阴极的作用。

为了防止电解电容器的阳极和阴极短路，有时需要在两者之间添加电解电容器纸，又称电解电容器隔膜纸。铝电解电容器和钽电解电容器的结构示意图如图1所示。

2 电解电容器的性能特点

电解电容器结构上的特殊性决定了它在性能上有许多独特之处，现简述如下：

（1）单位体积内所具有的电容量特别大，即比容量非常高。电容器的电容量C=ε0·εr·S/d，ε0是真空电容率，εr是电介质的相对介电常数，S是电极的有效面积，d是电介质的厚度。对于电解电容器，d=α·Vf，α是电介质的形成常数，Vf是电介质的形成电压。由于α一般为nm/V级别，因此，电解电容器的电介质厚度一般比陶瓷电容器、有机薄膜电容器小一个数量级以上。另外，铝电解电容器的阳极箔通过电化学腐蚀后其表面积提高数十甚至百倍，钽电解电容器通过金属粉末烧结获得的阳极体同样具有极高的比表面积。因此，电解电容器的比电容量比其它电容器高一个多数量级。

（2）在电解电容器的工作过程中，它的阴极即电解质具有自动修补或隔绝氧化膜中的疵点的性能使氧化膜介质随时得到加固和恢复其应有的绝缘能力，而不致遭到连续的累积性破坏，这种性能称为自愈特性。

（3）工作电场强度非常高。由于电介质的形成系数α一般为nm/V级别，它的倒数就是电介质的工作场强，约达几百kV/mm；这约是陶瓷、有机薄膜工作场强的几十倍。

（4）可以获得很大的额定电容量。铝电解电容器通过铝箔卷绕方式可以方便实现的体积，因此，可以获得非常大的额定电容量。比如，在较低的工作电压范围内，可以方便地获得法拉级数值的电容量，即使高压电解电容器也可以很容易获得数千微法的电容量，这是其它电容器无法实现的。

（5）具有单向导电性，即所谓有“极性”。应用时应按电源的正、负方向接入电路。电解电容器的阳极（正极）接电源的“+”极，阴极（负极）接电源的“—”极；如果接错不仅电解电容器发挥不了作用，而且漏电流很大，短时间内芯子就会发热，破坏氧化膜，随即失效损坏。如果需要短期应用在完全是交流电源或交流成分较强的直流电路中。可以采用一种称为“双极性”的电解电容器就是将阴极引出箔换成与具有氧化膜的阳极相同的电极，这样实际上是两个电解电容器背对背串联的结构，不仅容量减少一半，而且总体也随之增加。“双极”电解电容器仅是改变了电容器的结构，并没有改变氧化膜的单向导电本质，这也是电解电容器的不足。

（6）工作电压有一定的上限。由于电解电容器的电介质是通过电解过程形成的，其形成电压不能无限升高，而电解电容器的工作电压必须小于电介质的形成电压，因此，电解电容器的工作电压有一定限制。例如单个铝电解电容器的工作电压一般最高值为700 V，而固体钽电解电容器的上限值为150 V。

（7）绝缘性能较差。由于电解电容器电极的比表面积比其它电容器高数十倍，且其工作场强同样高数十倍，因此，电解电容器的相对绝缘性能比其它电容器差。但并不妨碍电解电容器的大量使用。

（8）损耗角正切值较大，而且温度、频率特性亦差。主要是由于电解电容器的一个电极是电解质，其电导率较低，导致其等效串联电阻较大；另外由于电解电容器电容量较大，因此其损耗角正切值较大。如果采用液体电解质作阴极，由于液体材料受温度变化影响大，电解电容器的温度特性较差。同时液体电解质中离子迁移率较低，电容量大，因此频率特性也较差。

（9）铝电解电容器易老化，性能的可靠性将逐年下降。这也是与所使用的液体电解质等原材料有密切的关系。如果采用固体电解质，老化性能会得到明显改变。

（10）铝电解电容器最大的特点是容量大、价格便宜。

3 电解电容器的技术进展

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【关键词】液晶电视；电解电容；燃烧；工频电容；开关电源

1.序言

2.铝电解电容器的结构

3.燃烧三要素

对于火源中的第一点：氧化膜绝缘损坏而在工作中产生的火花。学过电子的人都知道“尖端放电”或者“尖端效应”，一旦绝缘皮膜某个地方损坏，该处就容易形成绝缘尖端，也就是该处绝缘最弱，导致不用很高的电压就容易击穿绝缘层而出现打火产生火花，理论上在一个标准大气压下空气的放电电压是1KV/mm（该距离或者电压和当时的湿度、温度等有关），也就是当两点间电压为1KV时，如果其距离小于1mm就会出现放电而产生火花。这里讲的损坏包括滤波剪切不平整以及留有铝屑等。

根据空气放电距离的原理，虽然理论上只要两端间存在电压差且距离一定近时就会出现放电而产生火花，但低压部分要达到这个条件还是非常困难的。在开关电源回路上，电解电容器使用的地方主要时整流滤波回路，主要有初级工频滤波电容器、次级整理滤波电容器以及相关IC工作VCC供电的滤波电容器等。其中只有工频滤波电容器属于高压工作，且其工作时存在的能量也最大，导致燃烧的可能性也最大。故下面就理论上和实际是否可能导致放电等引起火灾进行研究。

4.理论上存在的最高电压

5.试验模拟电路

根据以上的理论分析，在电网等出现异常情况时工频电容器上承受的电压会高达620V，那这么高的电压能导致工频电容器出现异常并产生明火吗？下面将进行相关试验来验证。

6.燃烧试验情况

试验的结果证明了在某些异常高压出现时，电解电容器存在火源，从而会出现异常而产生明火的情况，由于明火的温度高导致塑胶后壳容易发生燃烧。

7.防止电解电容器燃烧导致火灾的对策

另一个是尽量防止异常高压施加到工频电容器上。比如在回路上追加一些侦测回路，一旦出现异常高压时，把后级回路关闭，使得工频电容因为提供极少的能力，其内部温度低，就算出现失效也不会产生明火，从而有效防止出现燃烧的情况，也可以利用继电器把AC输入关断。侦测回路的原理图如图九所示，通过对工频电容器上的电压进行异常高压侦测，当出现异常高压时通过继电器把输入电源关断，实际试验结果如图9所示，当叠加到工频的电容达到570V左右（该电压的高低可以根据需要进行调整设置）时，继电器就会动作，从而关断AC输入，试验结果工频电容只会出现失效而没有明火产生，也是有效果的。该对策除了需要增加一些成本外，需要注意防止侦测回路误动作问题。

再一个就是提升电解电容的特性。根据以上的理论分析，电路出现异常时施加到工频电容器上的电压达到620V左右时相同容易出现的情况，那如果电解电容本身在承受620V左右的电压时不会出现短路打火的情况，理论上也是能有效改善这个问题。有两个方向，一是通过改变电解电容器的结构，使其能承受更高的静电能力，如提高正箔的化成电压、增加化成反应时间，提高铝氧化物的厚度、增加电解液的系数等；另一个是开发采用所谓阻燃电解电容器。阻燃电解电容器和一般品在结构上没有什么区别，主要区别在于其采用的电解液、电解纸、胶盖等都可以达到94-V0的防火等级，在防爆阀打开时不会出现明火的情况。该对策无法由液晶电视机制造厂商单独来实现，需要和电解电容器制造厂家配合，且由于市场需求少、技术要求高、专利限制等因素，这个具有阻燃特性的电解电容器制造厂商少且价格高。

另外由于电解电容器的工艺是电解纸和铆接在导针上的铝箔缠绕在导针上，并用铝壳组装起来，一旦铝壳受外力变形就会损伤到内部素子，而引脚的成型等有可能导致铝箔于导针铆接的地方出现破损等情况，从而导致工频电容器出现不良导致明火发生，故在使用电容器时出现注意成型以及打胶固定。

参考文献

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关键词：电源设计；电容选用；滤波电容器

在进行电路设计的过程中，电源设计是十分重要的环节之_。成功、完整的电路设计中电源占据着十分重要的位置，其很大程度上影响了电路系统的使用性能与运行成本。通信电源设计中的电容就是容纳与释放电荷的电子元器件。

1 电源设计中电容的应用

1.1 旁路

旁路电容即给本地器件提供能量的元件，类似于微型可充电电池，其可以充电使用，并且针对器件进行放电。为了尽可能地降低阻抗，旁路电容要尽可能接近负载器件的供电电压管脚与地管脚，以避免由于输入值过大产生噪音或者地电位上升。

1.2 去耦

去耦，即为解耦。一般来说，可以将电路分为驱动的源及被驱动的负载。假如开关电源负载电容相对较大，驱动电路则会充电、放电，进而完成信号的变更，在这一过程中会出现一种噪声，对前级的正常工作产生影响。该噪声即为耦合。去耦电容就是实现电池的作用，以满足驱动电路电流的改变，避免相互间出现干扰或影响。去耦合电容通常较大，一般为10uF或以上，具体根据电路中分布参与及驱动电流的大小来决定。旁路与去耦的区别就在于旁路是将输入信号中的干扰当作过滤对象，而去耦则是将输出信号的干扰当作过滤对象。

1.3 滤波

电容的作用就是通高阻低，让高频通过，阻止低频通过。电容越大，低频通过越容易；电容越小，高频通过越容易。在滤波中大电容过滤低频，小电容过滤高频。当频率越高，峰值电流就越大，进而缓冲了电压。因此，滤波即为充电、放电的过程。在通信电源中，为了避免电路各个部分供电电压由于负载变化而改变，在通信电源的输出端与负载的电源输入端通常都有相应的电解电容。而大容量的电解电容通常都有一定的电感，因此无法有效地过滤高频与脉冲干扰信号，因此在其两端并联容量为0.1pF左右的电容，以过滤高频与脉冲的影响。

1.4 储能

储能型电容器通过整流器来收集电荷，并且将存储的能力利用变换器引线传递到电源的输出端。根据不同的通信电源要求，元件一般会使用串联、并联或者其他组合的方式。对于功率超过10kW的开关电源通常都是使用体积比较大的罐形螺旋端子电容器。

2 电源设计中的电容器选择

2.1 滤波电容器

交流电通过整流后需要使用电容器滤波，使得输出的电压变得平滑，因此电容器的容量要相对较大，通常大多使用铝电解电容器。使用DC/DC开关输入滤波电容器，由于开关变换器是通过脉冲弄的形式来获取电能的，因此滤波电容器中流通较大的高频电流，当电解电容器等效串联较大的时候，将会出现大量损耗，从而导致电解电容器发热。在开关稳压电源中的电解电容器起到输出滤波的作用，其上锯齿波电压的频率达到数十千赫，阻抗频率的特性成为其衡量标准。另外，对于半导体器件在运作中发出的噪声需要过滤，因此通常低频使用普通电解电容器在10kHz左右便无法满足开关电源的使用需求。

2.2 吸收与换相电容器

伴随着半导体器件额定功率的增加、开关速度的提升、额定电压的上升，缓冲电路的电容器的耐压、容量与高频特性依然难以满足需求。无感电容、金属化电容以及金属箔电容在电路使用中的作用与效果都不同。电容器的大小将会影响电容器的dv/dt以及峰值电流的耐量。通常来说，长度与dv/dt与峰值电流之间呈现负相关。吸收电路中电容器的特征是高峰值电流的占空较小，有效值电流有限。

2.3 谐振电容器

谐振式开关稳压电源与晶闸管中频电源谐振回路中的谐振电容器在工作时通常都会出现很大的电流。如果谐振电容器选择失误，会导致设备损坏。在包含了电容与电感的电路当中，如果电容与电感是处于并联状态的，那么在某一段时间内电容的电压逐渐上升，而电流却持续变小，同时，电感的电流处于持续上升的状态，电感的电压却慢慢下降。而在另外一个时间段，电容的电压逐渐变低，而电流却逐渐增加。同时，电感的电流却逐渐减小，电感的电压逐渐升高。电压可以上升到最大值，电压的降低也可以获得负的最大值。这种现象被称为电路振荡，电路振荡维持的阶段即为谐振。

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关键词：并联电容；功率因数；图解；计算

中图分类号：G714 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）16-0181-02

在正弦交流电路中，电路的有功功率与无功功率的比值叫做功率因数，用公式表示为：λ=Cosφ=■。其中φ是电路中总电流与总电压的相位差，称为功率因数角。

一、功率因数的意义

1.由功率因数的定义：Cos=■，可知：P=SCosφ。显然，在供电设备容量（即电源视在功率S）一定的情况下，电路的功率因数Cosφ越高，有功功率P就越大。表示电源发出的电能转换为热能或机械能越多，而与电感或电容之间相互交换就越少；电路的功率因数Cosφ越低，有功功率P就越小。表示电源发出的电能转换为热能或机械能越少，而与电感或电容之间相互交换就越多。由于交换的这一部分能量没有被利用，因此，功率因数越大，说明电源的利用率越高。

2.增加供电设备的容量，建立更大的发电厂。由P=SCosφ可知：在负载功率一定的情况下，若功率因数过低，为满足负载需求，解决办法只有增加供电设备的容量，建立更大的发电厂。而建设大容量的发电厂，不仅需要更高的技术支撑，而且还需要足够的能源、资源保障，例如建设大型水电站，需要足够的水源和适度的高度落差。

3.将电源设备的视在功率：S=UI代入P=SCosφ中，可得I=■，显然，在同一电压下要输送同一功率，功率因数Cosφ越高，供电线路中的电流I就越小，供电设备和线路中的损耗就越小；功率因数Cosφ越低，供电线路中的电流I就越大，供电设备和线路中的损耗就越大。而这部分损耗将以热量的形式散发到空气中，得不到利用。

因此，在电力工程上，力求使电路中的功率因数接近于1。由于在日常生活和生产用电设备中，感性负载占的比例相当大，提高感性负载功率因数的常用办法，是在感性负载两端并联一个适当的电容器，利用电容器的无功功率和电感所需的无功功率相互补偿，达到提高功率因数的目的。为什么并联电容后能提高电路的功率因数呢？

如图（a）所示，感性负载可看作理想电阻R和理想电感L组成的RL串联电路。

在没有并联电容时，电源供给负载的电流IRL，IRL落后电压U一个φRL角，如图（b）所示，电路的功率因数CosφRL；并联电容后，通过负载的电流仍为IRL，可是电源供给电路的电流不再是IRL，而是IRL和电容支路电流IC的矢量和I，从图（b）所示的矢量图可以看出，并联电容后电源供给电路的总电流变小了，电路中总电流与总电压之间的相位角由φRL减为φ，因而功率因数提高了，即：λ=Cosφ>λRL=CosφRL。

值得注意的是：①并联电容提高功率因数后，负载的工作仍保持原状，自身的功率因数CosφRL并没有提高，只是整个电路的功率因数得到了提高；②并联电容后，电路的总电流由IRL减为I，是由于功率因数的提高减小了电路的电流，通过负载的电流仍为IRL；③并联电容后，虽然提高了功率因数，但并没有提高负载的有功功率，之所以提高电源的利用率，是由于减小了电路的无功功率；④功率因数的提高，并不要求达到Cos=φ1，因为此时的并联谐振会带来不利情况，也没有必要提高到使电路呈容性。

二、提高功率因数需要并联多大的电容，如何进行分析和计算

并联电容提高功率因数的有关计算主要有两种题型：一是已知电路参数和功率因数目标，求需要并联的电容大小；二是已知电路参数和并联电容大小，求并联电容后的功率因数。在分析和计算时，可用以下两种形象直观的方法进行。

方法一：电流三角形法。

如图（b）所示，由几何关系可知：

IC=IRLSinφRL-ISinφ

=IRLConφRLtanφRL-ICosφtanφ

=IRLConφRL（tanφRL-tanφ）

又P=UIRLCosφRL，IC=U/XC=ωCU

ωCU=■（tanφRL-tanφ）即：C=■（tanφRL-tanφ）（1）

方法二：功率三角形法。

并联电容提高功率因数，并没有提高负载的有功功率，之所以能提高电源的利用率，是由于减小了电路的无功功率。如图（c）所示。由功率三角形可知：

QC=QRL-Q

QC=UIC？摇 IC=QC/U=（QRL-Q）/U

又IC=U/XC=ωCU

QRL=PtanφRL Q=Ptanφ

ωCU=P（tanφRL-tanφ）/U

即：C=■（tanφRL-tanφ）（1）

从上述分析可知，只要知道负载的有功功率P，额定电压U，电源的角频率，并联电容前的功率因数或功率因数角和并联后的功率因数或功率因数角，就可用（1）式求出并联电容的大小；同样只要知道负载的有功功率P，额定电压U，电源的角频率，并联电容前的功率因数或功率因数角，也可用（1）式求出并联确定电容后的功率因数的大小。

参考文献：

[1]程周.电工与电子技术[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]程周.电工与电子技术练习册[M].北京：高等教育出版社，2009.

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关键词：电源噪声 地线噪声 反射噪声 串扰噪声 电磁兼容

引言：

由于数字化产品的不断问世，电磁兼容的设计也引起人们的重视。由于数字电路高速工作时，会产生大量的高频干扰信号，如果处理不好，会影响周围环境。以数码照相机为例，其中有高速数字信号处理电路，它存在大量的干扰信号，如果处理不当，将影响视频的质量和读盘能力，严重时通过电源或空间高频干扰脉冲发射出来，影响其他电子设备的正常工作。数字AV产品的核心是DSP系统，能高速处理对音视频的数字信号。与此同时，由于数字信号处理的信号码率很高，数字处理系统又与高速存储器配合使用进行数据的读写。随着码率的不断提高，数字信号处理速度也越来越快，产生大量干扰脉冲，与速度成正比且频率和幅度越来越高，结果对产品的电磁兼容设计带来更大的难度。

一、干扰因素

对一个数字信号的处理系统来说，常见噪声有以下几种：

1、电源噪声。在数字系统中，由于受DSP电路、CPU、动态存储器件和其他数字逻辑电路在工作过程中，逻辑状态高速变换造成系统电流和电压变化，从而产生干扰噪声、直流噪声以及供电电源等噪声。

2、地线噪声。在系统内，在各部分的地线之间出现电位差或者存在接地阻抗而引起接地噪声。

3、反射噪声。传输的信号在终端（或分界）部位发生反射，使信号波形发生畸变或产生震荡，主要由于传输线路各部分的特性阻抗不同或与负载阻抗不匹配。

4、串扰噪声。产生原因是由于印制电路板内平行印制导线之间、扁平电缆或束捆导线等传输线之间的电磁感应，以及高速开关电流通过分布电容等寄生参数把无用信号叠加在目的信号上引起的。

二、电源和地线噪声的抑制措施

CMOS数字器件和数字模拟混合器件，大量地应用在数字产品中，当这些器件同时工作时，会使电路板内的电源电压和地电平发生波动，这样信号波形产生过冲尖峰或震荡衰减，会造成数字电路噪声容限下降，而引起误动作。其原因是数字IC的电源线和开关电流、地线电阻所造成的电压降与元器件引脚和印制板线条的分布电感L所造成的感应电压降一起作用于AV电路。由于数字有多条高频数字信号线存在AV产品中，因此，地线和电源的干扰相当严重。其次，由于一部分CMOS电路是数字模拟混合器件，由于噪声作用造成数模混合电路的动态范围下降，会影响整机的性能。为了抑制电源和地线噪声.，在数字AV产品设计中可以采取以下措施：

1、选用贴片元件和噪声容限大的数字IC，尽可能缩短元件的引脚长度，以减小元件分布电感的影响。

2、在电源连接端尽可能靠近器件接人滤波电容，以缩短开关电流的流通途径，可用独石电容和铝电解并联接在电源脚上。对于MPEG解码芯片和MPEG板主电源输入端以及DRAM，SDRAM等高速数字Ic的电源端，可以用钽电解电容取代铝电解电容，因为钽电解电容的对地阻抗比铝电解电容小得多。

3、印制板布局时，要将数字电路区和模拟电路区合理地分开，电源和地线单独引出，电源供给处汇集到一点；PCB布线时，高频数字信号线要用短线，主要信号线要集中在PCB板中心，时钟发生电路安装在板芯附近，时钟扇出应并联布线，同时高频数字信号线尽可能用地线隔开或远离电源线。

4、印制板的电源线和地线印制条要宽，减小线电阻，从而减小公共阻抗引起的干扰噪声。

三、反射噪音的抑制措施

在数字信号处理系统中，有很多时钟信号和数字信号要传输，如果传输线路始端和终端阻抗不匹配，信号就会在阻抗不连续处发生反射，使传输的信号波形出现振荡、上冲或下降。反射还会降低器件的噪声容限，加大延时。如果传输线传输时间与所延迟时间接近或相等时，反射会使传输信号产生错误或使电压超过电路的容限影响电路的正常工作。要抑制反射干扰，就要使发送端和接收端的阻抗匹配，或者缩短传输线的长度。可采用以下措施使传输线阻抗得到匹配。

1、DSP输出端加适当电阻使之与束捆线和扁平电缆的特性阻抗基本一致，发送端的阻抗基本匹配，抵消了数字信号脉冲上升、下降的过冲。

2、把束捆线的长度缩短减少信号的波形畸变。实际结果使DSP的波形明显改善。

3、用终端二极管取代匹配电阻，作为输入端和输出端的匹配和保护网络。这种匹配方法有以下优点：改善终端波形，对发送端电平不产生影响，传输线布设方便，对多个负载达到最佳匹配，对输入端具有保护作用，能有效抑制过冲。

四、串扰噪音的抑制措施

所谓串扰是指在传输信号的过程中，信号传输线在其相邻信号线上引起严重的干扰噪声，大多发生在束捆导线、扁平电缆或印制板平行导线之间。串扰的强弱与相邻两信号线之间的阻抗和信号本身的阻抗有关。为了减少高频脉冲和辐射线间串扰，在数字AV产品中采取了以下技术措施：

1、尽可能缩短传输距离。

2、在双面印制板布线时，尽量正面传输高频数字信号和时钟信号，背面尽可能加大接地面积，信号线之间串音干扰会随之减小，由于平行导线问的分布电容在导线靠近接地平面时会变小；在MPEG芯片、DRAM、SDRAM及其他高速数字器件印制板布线时，其背面的大片地线可以吸收器件产生的高频脉冲噪声。

参考文献：

1.《复杂电磁环境下电磁兼容性设计》 张先立 主编 甘肃科学技术出版社

2.《电力系统电磁兼容》 王洪新 主编 武汉大学出版社

3.《电磁兼容性远离》 周开基 主编 哈尔滨工程大学出版社

4.《数字AV产品的抗干扰设计》 江国栋 《电声技术》

5.《汽车数字AV产品的抗干扰研究》 赵岩 《电子质量》

6.《车用数字AV产品的抗干扰设计》 车建春 《电声技术》

7.《数字电子设备抗干扰设计研究》 陈传军 《现代电子技术》

篇7

1、概述

随着数字化产品的不断问世，其电磁兼容性的设计越来越引起人们的重视。因为高速数字电路工作时，会产生大量的高频干扰信号，处理不好，不仅影响本身性能，而且还会影响周围环境。随着码率的不断提高，数字信号处理的速度越来越快，产生与速度成正比的大量干扰脉冲，频率也越来越高，幅度越来越大，这对产品的抗干扰设计带来更大的难度，也是产品品质高低的关键 所在。若处理不当，将影响音视频的质量和读盘纠错能力。严重时高频干扰脉冲会通过电源或空间辐射出来，影响周围电子设备的正常工作。现以Car-VCD机为例讨论数字AV产品的抗干扰设计。

2、数字电路的常见干扰噪声

对数字式音/视频类产品的数字信号处理系统来说，常见的噪声有以下几种。

（1）电源噪声

主要由于DSP电路、CPU、动态存储器件和其他数字逻辑电路在工作过程中逻辑状态高速变换造成系统电流和电压变化产生的噪声、温度变化时的直流噪声及供电电源本身产生的噪声。

（2）地线噪声

系统内各部分的地线之间出现电位差或存在接地阻抗引起的接地噪声。

（3）反射噪声

传输线路各部分的特性阻抗不同或与负载阻抗不匹配时，所传输的信号在终端（或临界）部位产生反射，使信号波形发生畸变或产生振荡。

（4）串扰噪声

由于扁平电缆或束捆导线等传输线之间、印制电路板内平行印制导线之间的是磁感应及高速开关电流通过分布电容等寄生参数把无用信号成分叠加在目的信号上引起的噪声。

3、抑制干扰噪声的措施

（1）电源和地线噪声的抑制

在车用CD，VCD中大量地应用CMOS数字器件和数字模拟混合器件，当设备工作时这些器件同时工作会使电路板内的电源电压和地电平波动，导致信号波形产生尖峰过冲或衰减振荡，造成数字IC电路的噪声容限下降而引起误动作。其原因是数字IC的开关电流在电源线、地线上形成的电压降与印制条和元器件引脚的分布电感所形成的感应电压降，两者起作用的结果。

为抑制电源和地线噪声，笔者认为在车用VCD设计中可采取以下措施：

1）选用贴片元件和尽可能缩短元件的引脚长度，以减小元件分布电感的影响；选用噪声容限大的数字IC。

2）在VDD及VOC电源端尽可能靠近器件接入滤波电容，以缩短开关电流的流通途径，用10µ；F铝电解和0.1µ；F独石电容并联接在电源脚上。对于MPEG板主电源输入端和MPEG解码芯片以及DRAM，SDRAM等高速数字IC的电源端可用钽电解电容代替铝电解电容，因为高频时钽电解的对地阻抗比铝电解小得多。

3）印制板布局时，要将模拟电路区和数字电路区合理地分开，电源和地线单独引出，电源供给处汇集到一点；PCB布线时，高频数字信号线要用短线，主要信号线最好集中在PCB板中心，时钟发生电路应在板中心附近，时钟扇出应采用菊链式或并联布线，电源线尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开 。

4）印制板的电源线和地线印制条尽可能宽，以减小线电阻，从而减小公共阻抗引起的干扰噪声 。

5）对数模混合电路，VDD与VOC应连到模拟电源VOC，AGND与DGND接到模拟地AGND。根据BB，PHILIPS，ALPINE公司实验结果，建议把D/A器件视为模拟器件，MPEG电路与D/A器件连接中，D/A器件必须置于AGND上，同时要提供一条数字回路供这些数字噪声/能量反馈回信号源，以减小数字器件的噪声对模拟电路的影响，使D/A器件的动态特性提高。

根据实测VCD机MPEG解压板数字电源VDD与模拟电源VOC的噪声电平，得知电源上叠加的噪声电平已相当小，VDD噪声电平与VOC噪声电平波形基本一致，且数字电源噪声电平（VPP=85mV）明显大于模拟电源的噪声电平，这说明这些干扰脉冲主要由数字信号产生的。

（2）反射干扰噪声的抑制

要想抑制反射干扰，就要设法使发送端和终端的阻抗匹配，或者把传输线的长度尽可能，即l

1）DSP输出端加适当电阻使之与束捆线和扁平电缆的特性阻抗基本一致，使发送端的阻抗基本匹配，以抵消数字信号脉冲上升/下降的过冲。

2）把束捆线的长度缩短为l

3）用终端二极管取代匹配电阻，此法已广泛用于数字IC的芯片制作中，作为输入/输出端的匹配和保护网络，这种匹配方法有以下优点：能改善终端波形，对发送端的电平高低没有影响；补设方便，同机有多个负载时达到最佳匹配；具有保护作用，可有效抑制过冲脉冲。

4）加速形电路可减上因连接线不匹配引起干扰噪声，整形电路通常加在输入端前，但要注意不能使信号产生新的相位变化。

（3）数字信号的串扰抑制

所谓串扰是指信号传输线在传输信号的过程中，在其相邻信号线上引起严重的干扰噪声，大多发生在扁平电缆，束捆导线或印制板电路上平行的印制导线之间。串扰的强弱与相邻两信号线之间的互阻抗和信号本身的阻抗有关，下面讨论扁平电缆的串扰问题。

现代数字AV产品中，广泛使用扁平电缆做连接导线，虽有很多优点，但若使用不当，很容易发生串扰，影响数字产品的正常工作，扁平电缆的各导线之间的均有分布电容，经实际测量，每10cm长的相邻导线间的分布电容约3pF。频率为100MHz时，1pF电容的阻抗为1.6kΩ，10cm传输的耦合阻抗仅为0.5kΩ，而且扁平电缆导线的分布电容与其长度成正比，布线较长时串扰更为严重。在车用VCD中采取以下措施：

1）尽可能缩短信号线的传输长度。

2）在多种电平的信号传输时，应尽量把前后沿时间相近的同级电平信号划为一组传输。就VCD来说，DATA，BCK，LRCK信号与主时钟之间用一根地线相互隔离。必要时用屏蔽线代替柬捆线来传输MCLK和BCK时钟，减小串扰和辐射。

3）若条件允许，在双面印制板布线时，正面传输高频数字信号和时钟信号，在其传输印制电路背面尽可能加大接地面积，这样由于平行导线间的分布电容在导线接近地平面时会变小的缘故，信号线之间串音干扰会减小；在MPEG芯片、DRAM、SDRAM及其它高速数字器件印制板布线时，其背面布上大片地线，地线可以吸收屏蔽器件产生的高频脉冲噪声。

篇8

固态电容相对于液态电容有非常好的电气性能。液态电容的隔离纸中浸润有电解液，具有易蒸发、易泄漏和易燃的缺点。而固态电容的隔离纸中浸润的是导电高分子材料，不会有漏液的顾虑。而且，导电高分子材料导电性能更佳。液态电容的电容量和阻抗受温度变化影响较大，而固态电容的性能指标则非常稳定。以上特点决定了固态电容相对于液态电容有耐高温、寿命更长、更低的等效串联电阻和耐高纹波电流的优势。

由于上述原因，有不少发烧友把主板改造为全固态电容，用更优秀的电气性能去压榨处理器的极限。但是改造存在非常大的风险，一些厂商如DFI、技嘉和华硕等则专门针对发烧友推出了使用全固态电容的主板，都是口碑非常不错的超频极品如DFI LANParty UT NF4 SLI－DR Venus限量版、技嘉GA－965P－DQ6，华硕P5B－E Plus。技嘉近日推出了多款使用全固态电容的主板，除了顶级的GA－965P－DQ6之外，P965芯片组还有DS4和DS3两款，以及使用945P芯片组的GA－945P－DS3和945PL芯片组的GA－945PL－DS3字母D代表了使用全固态电容。

我们发现，以往本属于高端产品的全固态电容主板已经有了向中低端发展的趋势，甚至低端的945PL芯片组也有全固态电容主板，这样的搭配对消费者来说有意义么，中低端用户虽然没有强烈的超频需求，但是仍然希望能够买到高品质的主板。电容是主板上最脆弱的部件，不少品牌的主板都曾爆出过电容“爆浆”事件，固态电容电气性能优秀对降低主板的故障率有显著的帮助。在75℃以上的高温中，液态电容的寿命为16000小时，这种环境中固态电容的寿命约是液态电容的三倍。在95℃以上的高温中，液态电容的寿命为4000小时，而固态电容也可以达到6000多个小时。

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关键词 开关电源；电容；故障现象；维修方法

中图分类号 TK94 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)071-0178-02

目前，开关电源已逐渐进入我们的日常生活和生产中，它以节能，环保，性价比高等优点，很快取代了以往传统的那种既笨重效率又低的“线性电源”，很快被人们所接受。而电容器在开关电源中是最重要且最容易产生故障的元器件之一，而且故障现象不容易判别，使维修较为困难。本文就针对电容器在开关电源中的作用阐述其原理，常见故障分析以及维修方法。

1 电容在开关电源中的作用

1.1 滤波

滤波是电容的作用中很重要的一部分。几乎所有的电源电路中都会用到。滤波电容好比“水池”，将电能转变成池中的水并能将水还原成电能。从理论上（即假设电容为纯电容）说，电容越大，阻抗越小，通过的频率也越高。但实际上大于1 uF的电容大多为电解电容，有很大的电感成份，所以频率高后反而阻抗会增大。有时会看到有一个电容量较大电解电容并联了一个小电容，这时大电容通低频，小电容通高频。电容的作用就是通高阻低，通高频阻低频。电容越大低频越容易通过，电容越大高频越容易通过。具体用在滤波中，大电容（1000 uF）滤低频，小电容（20 pF）滤高频。

1.2 旁路

旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。

1.3 去藕

从电路来说，总是可以区分为驱动的源和被驱动的负载。如果负载电容比较大，驱动电路要把电容充电、放电，才能完成信号的跳变，在上 升沿比较陡峭的时候，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流，由于电路中的电感，电阻（特别是芯片管脚上的电感，会产生反弹），这种电流相对 于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作，这就是耦合作用。

1.4 储能

储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40～450VDC、电容值在220～150000 uF之间的铝电解电容器（如EPCOS公司的B43504或B43505）是较为常用的。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式，对于功率级超过10 KW的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。

2 电容器损坏在开关电源中出现的故障现象

电容器的损坏、失效有以下几种情况：

1）电容内部的短、断路损坏，故障现象是烧开关管及其他限流元器件，如保险与开关电源中的限流电阻。电容短、断路损坏工作在高电压、大电流（例如彩电的开关电源、行输出电路）中的滤波电容器，当因某种原因使电压升高，并超过其耐压值时，使之击穿短路损坏，或由于整流二极管损坏后使有极性的电解电容器相当于工作在交流电路中，在较大的反向漏电流下发热而短路损坏。由于短路时流过电容器的电流很大，一般电容器都会爆裂或使其封口胶塞胀出。滤波电容短路后，常出现保险丝或限流电阻烧断、电源厚膜块或开关管、整流管击穿之类的故障。主要表现为整机“三无”，这种故障在各类开关电源中带有共性。

2）电容器容量降低引起的低效或轻微漏电，其故障现象是电视图像“S”形扭曲或行不同步现象，对于现在的用IIC总线的电视机出现一些特别的故障现象，如果因影响使同步牌临界状态，伴音大可能影响到电视机的质量，使得伴章随时出现。主要原因是电容器的参数改变，但没完全失效，在一定程度上还有作用，但达不到应有的作用，使得现有的故障现象出现。而且此类故障不好判断与排除。

3）电容器容量消失引起的失效、完全漏电或爆浆，是电源中电容出现故障后最难判别与维修的故障，因为测量电容器件，用万用表测试一切正常，但将电容安装在电路上后，电容的容量就完全消失，这是电路中最难维修的软故障之一，即元器件不能承受电压，一有电压的存在，容易就完全消失。

爆浆的种类：

分两类，输入电容爆浆和输出电容爆浆。

对于输入电容来说，就是在电源电路中体积较大、容易较大、额定电压高的电容器，对接收到的电流进行过滤。输入电容爆浆和电源输入电流及电容器本身的品质有关。过多的毛刺电压，峰值电压过高，电流不稳定等都使电容过于充放电过于频繁，长时间处于这类工作环境下的电容，内部温度升高很快。超过泄爆口的承受极限就会发生爆浆。

对于输出电容来说，对经电源模块调整后的电流进行滤波与储能。此处电流经过一次过滤，比较平稳，发生爆浆的可能性相对来说小了不少。但如果环境温度过高，电容同样容易发生

爆浆。

电容爆浆的原因有很多，比如电流大于允许的稳波电流、使用电压超出工作电压、逆向电压、频繁的充放电等。但是最直接的原因就是高温。我们知道电容有一个重要的参数就是耐温值，指的就是电容内部电解液的沸点。当电容的内部温度达到电解液的沸点时，电解液开始沸腾，电容内部的压力升高，当压力超过泄爆口的承受极限就发生了爆浆。所以说温度是导致电容爆浆的直接原因。电容设计使用寿命大约为2万小时，受环境温度的影响也很大。电容的使用寿命随温度的增加而减小，实验证明环境温度每升高10℃，电容的寿命就会减半。主要原因就是温度加速化学反应而使介质随时间退化失效，这样电容寿命终结。为了保证电容的稳定性，电容在插板前要经过长时间的高温环境的测试。即使是在100℃，高品质的电容也可以工作几千个小时。同时，提到的电容的寿命是指电容在使用过程中，电容容量不会超过标准范围变化的10%。电容寿命指的是电容容量的问题，而不是设计寿命到达之后就发生爆浆。只是无法保证电容的设计的容量标准。所以，短时期内，正常使用的板卡电容就发生爆浆的情况，这就是电容品质问题。另外，不正常的使用情况也有可能发生电容爆浆的情况。

3 电容器损坏在开关电源中故障的维修方法。

1）对于短路与断路的电容，用万用表很快能测量出元件器的质量好坏。主要是测量其充电性能，而不是充放电性能，判断出故障的电容器件后，在替换过程中，要特别注意所替换的电容器件一定要在质量上过关，选用质量好的电容器件，在容量上与额定电压上一定要与替换的电容一致或大于已损坏的电容，要替换之前，一定要再次判断即将要替换的电容器件的质量，有时候新买来的的元件器同样存在质量问题，如果不加以判断就安装，假设新买来的元器件真正存在问题，就会给维修带来非常大的困难，因为所换上的元件一般都会认为不存在问题，所以在再次维修时，就不会再检测这个元件，使维修出现非常大的人为故障，从而使维修更加困难。

2）对于电容器出现低效与失效时，最常用用的方法是运用代换法，当出现开关电源保护，在其他关键元器件经测量判别后没有故障，而电容器在测量后也不能发现故障时，对电容器件进行普遍代换，因为出现软故障的器件在没有电压与电流的情况下，所判别出的元器件在质量上是没问题的，但在有电压与电流时的工作过程中，元件的质量出现问题，这类故障在用常规的测量法是没办法检查出故障元件的，用代换法可以起到非常好的效果。

电容器件在开关电源是常常出现故障，而且有些故障不容易判断，同时电容器在开关电源中如何运用而不容易出现故障，希望通通过分析希望得到一定的收获。

参考文献

[1]钟和清,徐至新,邹云屏,潘垣,李劲.软开关高压开关电源设计方法研究[J].高电压技术,2005,01.

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关键词　开关电源　电磁干扰　抑制措施　耦合

目前，许多大学及科研单位都进行了开关电源EMI（Electromagnetic　Interference）的研究，他们中有些从EMI产生的机理出发，有些从EMI　产生的影响出发，都提出了许多实用有价值的方案。这里分析与比较了几种有效的方案，并为开关电源EMI　的抑制措施提出新的参考建议。

一、开关电源电磁干扰的产生机理

开关电源产生的干扰，按噪声干扰源种类来分，可分为尖峰干扰和谐波干扰两种;若按耦合通路来分，可分为传导干扰和辐射干扰两种。现在按噪声干扰源来分别说明：

1、二极管的反向恢复时间引起的干扰

高频整流回路中的整流二极管正向导通时有较大的正向电流流过，在其受反偏电压而转向截止时，由于PN结中有较多的载流子积累，因而在载流子消失之前的一段时间里，电流会反向流动，致使载流子消失的反向恢复电流急剧减少而发生很大的电流变化(di/dt)。

2、开关管工作时产生的谐波干扰

功率开关管在导通时流过较大的脉冲电流。例如正激型、推挽型和桥式变换器的输入电流波形在阻性负载时近似为矩形波，其中含有丰富的高次谐波分量。当采用零电流、零电压开关时，这种谐波干扰将会很小。另外，功率开关管在截止期间，高频变压器绕组漏感引起的电流突变，也会产生尖峰干扰。

3、交流输入回路产生的干扰

无工频变压器的开关电源输入端整流管在反向恢复期间会引起高频衰减振荡产生干扰。

开关电源产生的尖峰干扰和谐波干扰能量，通过开关电源的输入输出线传播出去而形成的干扰称之为传导干扰;而谐波和寄生振荡的能量，通过输入输出线传播时，都会在空间产生电场和磁场。这种通过电磁辐射产生的干扰称为辐射干扰。

4、其他原因

元器件的寄生参数，开关电源的原理图设计不够完美，印刷线路板（PCB）走线通常采用手工布置，具有很大的随意性，PCB的近场干扰大，并且印刷板上器件的安装、放置，以及方位的不合理都会造成EMI干扰。

二、开关电源EMI的特点

作为工作于开关状态的能量转换装置，开关电源的电压、电流变化率很高，产生的干扰强度较大；干扰源主要集中在功率开关期间以及与之相连的散热器和高平变压器，相对于数字电路干扰源的位置较为清楚；开关频率不高（从几十千赫和数兆赫兹），主要的干扰形式是传导干扰和近场干扰;而印刷线路板(PCB)走线通常采用手工布线，具有更大的随意性，这增加了PCB分布参数的提取和近场干扰估计的难度.

三、EMI测试技术

目前诊断差模共模干扰的三种方法：射频电流探头、差模抑制网络、噪声分离网络。用射频电流探头是测量差模　共模干扰最简单的方法，但测量结果与标准限值比较要经过较复杂的换算。差模抑制网络结构简单（见图1），测量结果可直接与标准限值比较，但只能测量共模干扰。噪声分离网络是最理想的方法，但其关键部件变压器的制造要求很高。

四、目前抑制干扰的几种措施

形成电磁干扰的三要素是干扰源、传播途径和受扰设备。因而，抑制电磁干扰也应该从这三方面着手。首先应该抑制干扰源，直接消除干扰原因;其次是消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径（见图2）;第三是提高受扰设备的抗扰能力，减低其对噪声的敏感度。目前抑制干扰的几种措施基本上都是用切断电磁干扰源和受扰设备之间的耦合通道，它们确是行之有效的办法。常用的方法是屏蔽、接地和滤波。

采用屏蔽技术可以有效地抑制开关电源的电磁辐射干扰。例如，功率开关管和输出二极管通常有较大的功率损耗，为了散热往往需要安装散热器或直接安装在电源底板上。器件安装时需要导热性能好的绝缘片进行绝缘，这就使器件与底板和散热器之间产生了分布电容，开关电源的底板是交流电源的地线，因而通过器件与底板之间的分布电容将电磁干扰耦合到交流输入端产生共模干扰，解决这个问题的办法是采用两层绝缘片之间夹一层屏蔽片，并把屏蔽片接到直流地上，割断了射频干扰向输入电网传播的途径。为了抑制开关电源产生的辐射，电磁干扰对其他电子设备的影响，可完全按照对磁场屏蔽的方法来加工屏蔽罩，然后将整个屏蔽罩与系统的机壳和地连接为一体，就能对电磁场进行有效的屏蔽。电源某些部分与大地相连可以起到抑制干扰的作用。例如，静电屏蔽层接地可以抑制变化电场的干扰;电磁屏蔽用的导体原则上可以不接地，但不接地的屏蔽导体时常增强静电耦合而产生所谓“负静电屏蔽”效应，所以仍以接地为好，这样使电磁屏蔽能同时发挥静电屏蔽的作用。电路的公共参考点与大地相连，可为信号回路提供稳定的参考电位。因此，系统中的安全保护地线、屏蔽接地线和公共参考地线各自形成接地母线后，最终都与大地相连.

在电路系统设计中应遵循“一点接地”的原则，如果形成多点接地，会出现闭合的接地环路，当磁力线穿过该回路时将产生磁感应噪声，实际上很难实现“一点接地”。因此，为降低接地阻抗，消除分布电容的影响而采取平面式或多点接地，利用一个导电平面(底板或多层印制板电路的导电平面层等)作为参考地，需要接地的各部分就近接到该参考地上。为进一步减小接地回路的压降，可用旁路电容减少返回电流的幅值。在低频和高频共存的电路系统中，应分别将低频电路、高频电路、功率电路的地线单独连接后，再连接到公共参考点上。

滤波是抑制传导干扰的一种很好的办法。例如，在电源输入端接上滤波器，可以抑制开关电源产生并向电网反馈的干扰，也可以抑制来自电网的噪声对电源本身的侵害。在滤波电路中，还采用很多专用的滤波元件，如穿心电容器、三端电容器、铁氧体磁环，它们能够改善电路的滤波特性。恰当地设计或选择滤波器，并正确地安装和使用滤波器，是抗干扰技术的重要组成部分。

EMI滤波技术是一种抑制尖脉冲干扰的有效措施，可以滤除多种原因产生的传导干扰。图3是一种由电容、电感组成的EMI滤波器，接在开关电源的输入端。电路中，C1、C5是高频旁路电容，用于滤除两输入电源线间的差模干扰;L1与C2、C4;L2与C3、C4组成共模干扰滤波环节，用于滤除电源线与地之间非对称的共模干扰;L3、L4的初次级匝数相等、极性相反，交流电流在磁芯中产生的磁通相反，因而可有效地抑制共模干扰。测试表明，只要适当选择元器件的参数，便可较好地抑制开关电源产生的传导干扰。

五、目前开关电源EMI抑制措施的不足之处

现有的抑制措施大多从消除干扰源和受扰设备之间的耦合和辐射，切断电磁干扰的传播途径出发，这确是抑制干扰的一种行之有效的办法，但很少有人涉及直接控制干扰源，消除干扰，或提高受扰设备的抗扰能力，殊不知后者还有许多发展的空间。

六、改进措施的建议

我认为目前从电磁干扰的传播途径出发来抑制干扰，已渐进成熟。我们的视点要回到开关电源器件本身来。从多年的工作实践来看，在电路方面要注意以下几点：

(1)印制板布局时，要将模拟电路区和数字电路区合理地分开，电源和地线单独引出，电源供给处汇集到一点;PCB布线时，高频数字信号线要用短线，主要信号线最好集中在PCB板中心，同时电源线尽可能远离高频数字信号线或用地线隔开。其次，可以根据耦合系数来布线，尽量减少干扰耦合。（见表1）

(2)印制板的电源线和地线印制条尽可能宽，以减小线阻抗，从而减小公共阻抗引起的干扰噪声。

(3)器件多选用贴片元件和尽可能缩短元件的引脚长度，以减小元件分布电感的影响。