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鋁電解電容器范文1
關鍵詞：電子技術；腐蝕工藝；電解電容器；鋁箔
電子工業的繁榮，帶動了電子信息產業的發展，人們對中高檔的電解電容器腐蝕化成箔的需求量越來越大，這也導致電解電容器腐蝕化成箔市場的供不應求，為了滿足電子信息產業的發展，商家迫切的要求電解電容器的比容不斷提高，本文將立足于鋁電解電容器的結構以及特點，深入研究點解電容器用鋁箔擴面腐蝕工藝。
一、鋁電解電容器的結構及其特點
（一）鋁電解電容器的優點
鋁電解電容器與其他類型的電容器相比，擁有單位體積容量大、額定容量大、工作電廠強度高、具有自愈作用、介質層厚度可控制的優點，因此被廣泛的應用于電子產業基礎元件的制造當中，并獲得了業內的認可。首先，鋁電解電容器的單位體積電容量大，與其他類型的電容器相比，單位體積容量可能是其十幾倍到幾十倍，并且鋁電解電容器的電解質厚度也是其他電容器的幾十到幾百倍。其次，鋁電解電容器的額定容量大，由于鋁電解電容器氧化膜厚度較大，因此很容易擴大面積，可以按照產品制造的要求，增加電解電容器的額定電容量。[1]最后，電解電容器還具有自愈作用，電容器電解質如果發生破壞，電解液中的酸根離子能夠在短時間內將破壞位置堵住，從而使電解電容器恢復正常的狀態，這在一定程度上增加了電解電容器的應用范圍。也正是這些優點，使電解電容器在與其他電容器競爭之中脫穎而出，在汽車電子、變頻技術領域得到廣泛的應用，市場占有份額也在逐年上升。
（二）電解電容器的結構
現代電子設備的更新換代速度非常快，每一次的變革，都對電解電容器的性能提出了更高的要求，為了滿足電子產業發展的需要，電解電容器必須在保證腐蝕濾波彎折強度的前提下，使電解電容器的比容不斷提高，這要求電解電容器必須朝著高比容量、小體積的方向改進。首先，研究人員應該對鋁電解電容器的結構有一個明確的了解，電解電容器的結構由兩個部分組成，第一部分是鋁殼和密封膠蓋，這是電解電容器的外部構件，通常是由陽極鋁箔與陰極鋁箔纏繞而成，陽極鋁箔的表面有一層氧化鋁薄膜，起到了耐電壓的作用，因此可以f，電解電容器的外部結構決定了電解電容器的壽命與電容量。[2]
（三）鋁電解電容器鋁箔腐蝕擴面
電解電容器的鋁箔主要通過腐蝕過程來擴大有效表面積的，從而增加電解電容器的電容體積。電解電容器的比容受到鋁基材料成分、鋁基材料狀態以及腐蝕工藝的影響，因此為了增加電解電容器的有效表面積，相關工作人員需要深入研究電解電容器鋁箔擴面與腐蝕工藝的關系，明確腐蝕工藝的對電解電容器鋁箔擴面的影響。
二、電解電容器用鋁箔腐蝕工藝研究
相關工作人員主要采用了正交實驗，研究腐蝕介質的比例、腐蝕電壓大小、腐蝕溫度對腐蝕箔性能的影響。
（一）腐蝕介質的比例對腐蝕箔性能的影響
研究表明，腐蝕介質中ClC濃度越高，腐蝕箔的比容越高，但到達一個臨界值后，腐蝕箔的比容不僅不會增加，還會造成彎折強度的降低。在鋁電解電容器遭到小孔腐蝕時，介質中的硫酸組分比例會增加，同時孔蝕電位下降，該實驗，主要利用了鈍化吸附的原理，因此ClC濃度的增加，能夠提高增加小孔腐蝕的成核率，并繼續向縱深發展。[3]在該實驗中，氧化性酸起到了關鍵性的作用，因為氧化性酸可以有效的增加鈍化膜的吸附力，因此在實驗當中，要適當的增加硫酸組的比例，從而計算出腐蝕箔的最大比容。而腐蝕箔的彎折度度，則由腐蝕箔夾心層的厚度，厚度越大，腐蝕箔的腐蝕孔越均勻度越高，腐蝕箔的彎折度越高。反之亦然，腐蝕箔的彎折度與腐蝕箔的比容呈反比的關系，因此腐蝕孔均勻度越低，腐蝕箔的比容越高，但同時，這樣的腐蝕箔易于這段，同樣也不適用于電子元件的制造，因此相關研究人員需要平衡好腐蝕箔比容與腐蝕箔彎折度之間的關系。
（二）腐蝕電壓大小對電極箔性能的影響
陽極氧化電壓對腐蝕箔比容與彎折性能都會產生不同程度的影響，因此相關研究人員需要，根據電化學腐蝕原理，通過實驗，找出電極箔的最佳值。實驗表明，隨著小孔腐蝕敏感性加劇，電極電位也會相應升高，因此可以說，電機點位的升高與小孔成核有著密切的關系，相關工作人員需要通過實驗，找出局部電極電位的臨界值，從而提高小孔成核的速度。[4]但需要注意，腐蝕箔的彎折度與腐蝕電壓的大小并非線性關系，并非腐蝕電壓越大，電極箔的彎折度越低，而是需要將孔壁腐蝕坍塌的變量加入其中在進行觀察。可以在這個實驗中觀察到，腐蝕電壓的大小對腐蝕箔的電容產生了一定的影響，腐蝕電壓越大，腐蝕箔的電容越大，到達一個臨界值之后，腐蝕電壓繼續增大，腐蝕箔的電容的增大速度逐漸降低。
（三）腐蝕溫度和腐蝕時間對腐蝕箔性能的影響
研究人員通過提高腐蝕溫度，延長腐蝕時間的方法，觀察腐蝕箔性能的變化，研究表明，不管溫度的提高，還是時間的延長，都會對腐蝕箔的性能產生一定的影響，腐蝕溫度升高，會加速腐蝕孔內陽離子的溶解，從而使外陰離子向孔內遷移，一定程度上降低了溶液的活性。同時，腐蝕孔的繼續加深，是孔內金屬氯化物更加濃縮，因此腐蝕溫度能夠增加電解電容器內水解質酸度。而隨著腐蝕時間的延長，腐蝕箔的折彎強度會直線下降，直到腐蝕孔堵塞，這個反應才會中止，因此相關工作人員需要根據腐蝕箔性能的要求，合理的選擇腐蝕溫度和腐蝕時間，從而提高腐蝕孔的均勻度。[5]
結語：
綜上所述，腐蝕溫度、腐蝕時間、腐蝕介質的比例以及腐蝕電壓的大小都會對腐蝕箔的性能產生不同程度的影響，因此相關工作人員需要按照要求，選擇科學的腐蝕工藝參數。
參考文獻：
[1]鄭紅梅，吳玉程，黃新民，胡學飛，劉勉誠，楊蓓蓓.鋁電解電容器用電子鋁箔的性能分析與比較[J].功能材料與器件學報，2012，01：10-16.
[2]陳永真.用薄膜電容器替代鋁電解電容器的分析與實踐[A].浙江省電源學會.浙江省電源學會第十一屆學術年會暨省科協重點科技活動“高效節能電力電子新技術”研討會論文集[C].浙江省電源學會：，2013：4.
[3]于欣偉，趙國鵬，李魁，高泉涌，馮耀邦，陳姚，鄭文芝.電解電容器使用支鏈多元羧酸銨鹽電解液的研究[J].廣州大學學報（自然科學版），2013，02：6-9.
鋁電解電容器范文2
第二屆世界智能大會將開,智能產品規?；涞丶铀?可關注富瀚微（300613）、四維圖新（002405）等。
青島上合組織峰會倒計時把握兩大主線投資機會.1）青島既與歐洲鐵路連接，也與其它國家有海上連接，在建設“絲綢之路經濟帶”和“21世紀海上絲綢之路”方面將扮演著重要角色。作為本屆峰會舉辦地，青島與上合組織有關國家的城市或商務機構合作成果格外耀眼。青島啤酒（600600）是青島知名國際名片之一，去年在上海合作組織有關國家實現銷量同比增長77%，其中在哈薩克斯坦成為從亞洲進口啤酒的首選。青島海爾（600690）2016年在俄羅斯投資5000萬美元建設的工廠，去年下線10萬臺“俄羅斯造”冰箱；海爾印度工廠實現研發、制造、銷售三位一體的本地化模式；海爾巴基斯坦工廠在當地的品牌知名度達96%。2）空氣質量是會前準備工作的首要任務，作為化工大省的山東必將對環境質量嚴格要求。據悉，氯醇法為國內環氧丙烷的主要生產工藝，80%以上裝置都位于山東地區，但該工藝廢水處理問題嚴重。受環保督察監管升級的影響，相關中小企業開工率或大幅降低。加之，鎮利化學28.5萬噸/年生產線計劃4月20日-6月15日全線停車檢修55天左右，而下游聚醚等行業因全國冰箱行業旺季需求也將迎來增長。供求兩端支撐二季度環氧丙烷看多氛圍，可關注環氧丙烷龍頭濱化股份（601678），以及環氧丙烷-聚醚產業鏈的航錦科技（000818）等。
外管局：2018年一季度，境外投資者對我國境內金融機構直接投資流入223.59億元，流出172.80億元，凈流入50.79億元；我國境內金融機構對境外直接投資流出237.82億元，流入109.56億元，凈流出128.26億元。
海南發文支持急需醫療器械進口,商有望受益.進口醫療器械審批權下移，將使相關進口公司,以及與海外大型醫藥公司幵展深度合作的國內藥企受益。迪安診斷近日與FMI和羅氏簽約，在中國地區推進全面基因組測序分析技術和腫瘤個性化診療；邁克生物（300463）與全球分子診斷巨頭德國凱杰就第二代測序技術開展了合作；靈康藥業（603669）擬收購海南省腫瘤醫院成美國際醫學中心的25%股權，該醫院位于博鱉樂城國際醫療旅游先行示范區。
鋁電解電容漲價潮來襲,龍頭公司業績穩步增長.艾華集團是國內鋁電解電容器龍頭企業，全球第六大鋁電解電容器制造商。江海股份是國內鋁電容龍頭公司之一，主營鋁電解電容器系列產品及其主要的原材料化成箔。
鋁電解電容器范文3
NPO（CG）：I類電介質，溫度補償式，電氣特性最穩定，基本上不隨溫度、電壓、時間的改變而改變。屬超穩定、低損耗的電容材料型，造用于對穩定性、可靠性要求較高的高頻、特高頻、甚高頻的場合。要注意所選電容器的溫度—時間曲線應當與被補償的繞組或其它元件的溫度—時間曲線正好相反。
X7R（2XI）：Ⅱ類電介質，電氣特性較穩定，溫度、電壓、時間特性變化不顯著。屬穩定型電容材料類型，適用于隔直、耦合、旁路、濾波電路及可靠性要求較高的中、低頻場合。
Y5V（2F4），Z5U（2E6）：Ⅲ類電介質，具有很高的介電常數，廣泛用于對容量、損耗要求不高的場合。
低頻瓷介電容器易被脈沖電壓擊穿，其耐熱性能較差，若焊接溫度過高可能損壞密封或使電極與引出線的連接不良，溫度突變可能使密封或介質破損。銀電極電容器不應在潮濕的環境下儲存，應防止外殼受潮而使銀離子遷移，引起電容器短路。金屬化電容器不適合在較大的脈沖電流電路中工作。陶瓷電容器盡量不要用音響設備的電路中。
滌綸電容器一般使用在低頻電路中。聚碳酸脂薄膜電容器可在125℃高溫電路中工作。聚苯乙烯電容器。適合于要求RC時間常數大的電路中使用（特別適合音響電路），但耐溫性能差，只適合在65℃以下的工作環境中使用。同時具有低電平工作開路缺點，所以實際使用電壓，不應低于額定工作電壓85%的值。
玻璃和云母電容器用于要求電容器較小、品質系數高以及對溫度、頻率和穩定性好的電路中。它們可作高頻耩和旁路，或在調諧電路中作固定電容器元件。安們具有高的絕緣電阻、低功耗系數、低電感和優良的穩定性等特性，特別適合于高頻應用。因此，在脈沖電路中，建議使用云母，聚丙烯電容。從性能價格上考慮，應優先選用云母電容器，但是云母容器因云母片資源少，國內生產廠家已經很少了。
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薄膜電容器仍未投產
傳聞：薄膜電容器4季度開始貢獻業績。
記者連線：記者致電江海股份證券部，工作人員表示薄膜電容器還未正式投產，因此還無法貢獻業績。
江海股份（002484）2010年9月上市，主要產品為鋁電解電容器系列產品及其主要的原材料化成箔，是國內鋁電解電容業的龍頭企業，擁有國內生產廠商中最齊全的產品種類。
2012年受制于宏觀經濟疲軟公司工業類電容開工率不足，以及內蒙古化成箔募投項目投資遇電價上漲，公司業績下滑影響，半年報顯示上半年公司營收4.85 億元，同比下滑2.44%；凈利潤4496.69 萬元，同比下降15.24%；但從單季度來看，公司2 季度凈利潤2994 萬元，環比實現99.27%的增長，同比降幅也明顯收窄，綜合毛利率連續2 個季度上升，這表明公司經營狀況正在好轉。公司預計三季度歸屬于上市公司股東的凈利潤變動區間6743萬元至9271萬元，變動幅度—20%至10%。
2011年8月該公司宣布了一項超募資金使用計劃：公司使用2億元超募資金設立全資子公司，投建高壓大容量薄膜電容器生產線，建成后將為江海新增100萬只/年的薄膜電容器產能。整個項目由10條生產線組成，項目建設周期為30個月，計劃在2013年12月投產。項目建設完成后預計實現銷售收入5.65億元，實現年平均稅后利潤6641萬元。
薄膜電容器是江海股份上市后正式涉足的新產品。江海股份目前產品以鋁電解電容器為主，但毛利率只有21%左右；而A股目前主營薄膜電容器的公司法拉電子毛利率卻能達到35%以上。去年江海股份營業收入達到10.4億元，但凈利潤只有1.1億元；同期法拉電子營收13.3億元，凈利潤2.8億元，毛利率的差距十分明顯。
據悉，該公司目前已經建成1條生產線，記者連線工作人員表示還未正式投產，而在投資者互動關系平臺上，公司表示薄膜電容器今年銷售量很小，對公司業績貢獻很少。預計明年量產，開始貢獻業績。
華虹計通：
項目節點推遲將影響全年業績
傳聞：項目節點推遲將影響全年業績。
記者連線：記者致電華虹計通證券部，工作人員表示客觀來說項目節點推遲也將影響全年業績。
華虹計通（300330）作為射頻識別技術的電子收費與支付系統解決方案設備供應商，該公司于6月19日登陸創業板，發行價為15元，首日開盤價15.5元。當時該公司被多家券商稱為“城市軌道交通AFC系統的龍頭”，“優秀的AFC系統提供商”，但就在上市不到一個月的時間里，華虹計通半年度業績公告，半年報數據顯示該公司上半年歸屬于上市公司股東的凈利潤為1585.79萬元，而去年同期凈利潤為2081.72萬元，同比下降23.82%。
公司披露表示，業績下降一方面是由于項目節點的影響，同時銷售收入中毛利率相對較低的AFC系統業務收入占比較大；另一方面是由于應收賬款大幅增加，計提的資產減值準備增加。
而在10月13日公司公告的三季報數據中再次表示受部分項目節點的影響， 公司2012 年1—3季度主營業務收入較上年同期略有下降， 因此營業利潤出現一定幅度下降。三季報預告今年三季度盈利約：2057萬元—2191萬元，比上年同期下降約18—23%。至于全年業績，公司方面表示客觀來說也將受到項目節點推遲的影響。
但在二級市場上，該股票作為一只次新股，盤子小，股價9月份在發改委密集批復多個城市軌道交通建設刺激下，連續出現強勢放量漲停，之后隨大盤出現回落，考慮到穩增長是未來一段時間中國經濟主旋律，基礎設施建設尤其是城市軌道交通建設將在穩增長政策下扮演重要角色，投資者可以短線關注。
美盛文化：
上市獎金將計入三季度
傳聞：公司獲1686萬上市獎金計入3季度業績。
記者連線：記者致電美盛文化證券部，工作人員確認該消息屬實。
美盛文化（002699）于2012年9月11日登陸資本市場，公司是國內主要的動漫服飾制造商之一，專注于動漫衍生品細分產品動漫服飾的開發、生產和銷售，主要產品包括迪士尼形象動漫服飾、電影形象動漫服飾、傳統節日動漫服飾以及裝飾頭巾等。
該公司在國內動漫服飾行業中居于前列。2009年動漫服飾年銷售收入在1000萬元以上的大型企業約20家，占市場份額60. 5%。而公司2009年銷售收入已達1.25億，堪稱行業的龍頭企業之一。由于公司在規模上已大幅超越國內的絕大多數同行企業，這使得公司在上游采購和訂單爭取中具備一定優勢，同時，這為公司未來實現外延擴張奠定了基礎。
公司此次IPO共募集42628萬元，公司擬以募集資金21350萬元投資“動漫服飾擴產建設項目”，完全達產后新增1000萬套動漫服飾的產能（2011年公司的動漫服飾銷量為455.04萬套），預計正常年營業收入33999萬元，凈利潤9818萬元。
而公開數據顯示，該公司上半年實現凈利潤僅923.75萬元，9月15日該公司公告，獲得地方政府1686萬元的上市獎勵，而這無疑為公司今年的業績增添了一抹亮色。根據美盛文化的公告，這筆1686萬元的獎勵將一次性計入公司2012年營業外收入，這也意味著今年公司將因此增加1000萬元左右的收益，單從數字上看，這筆收益將超過公司今年上半年實現的凈利潤。
而從公司最近三季報預告來看，1—9月份歸屬于母公司所有者的凈利潤為4750萬元—5000萬元，同比增長1%—5%。而該筆獎金計入三季度無疑將對三季度業績產生積極的影響。
滄州明珠：
兩項鋰電隔膜專利獲批
傳聞：滄州明珠專利申請已獲批。
記者連線：記者致電滄州明珠證券部，該公司工作人員表示在已申請的5項專利中，2項有關鋰電隔膜的專利已獲批。
滄州明珠（002108）于2007年1月24日登陸資本市場，主營業務為PE管材、BOPA薄膜的生產和銷售，2009—2011年實現凈利潤1.02億元、1.16億元、1億元。
滄州明珠于去年7月推出定向增發預案，公司擬向包括控股股東東塑集團在內的投資者發行不超過4000萬股，不低于8.16元/股，募集資金總額不超過32640萬元，用于投資建設“年產19800噸聚乙烯（PE）燃氣、給水用管材管件項目”和“年產2000萬平方米鋰離子電池隔膜項目”。
在該次募投項目的可行性分析報告中表示，研發人員經過2年多的研發探索，目前已突破相關技術瓶頸，掌握了多層復合鋰電池隔膜的生產工藝，申請的5項發明專利已被受理并進入實質審查階段，而記者通過連線該公司證券部，目前有關鋰電隔膜的2項專利已經獲批。
鋁電解電容器范文5
此后，公司的業績成長曲線便一直昂揚向上，如同一場精彩而華麗的表演，讓人們爭相鼓掌喝彩。公司09年1-4季度的EPS分別為0.03元、0.12元、0.14元和0.18元，去年為0.13元、0.2元、0.21元和0.22元，今年1季度達到0.2元。更重要的是，在09年1季度以來，幾乎每個季度的業績成長，都有超出市場的預期。給市場正面驚奇不斷，似乎已成了公司的特征。
公司是我國的電子新材料生產領先企業，目前高純鋁和電子鋁箔的年產能各為3.3萬噸和2萬噸，相應市場占有率分別為70%和60%，形成以“高純鋁、電子鋁箔、電極箔”為主導產品的“能源――高純鋁―電子鋁箔―電極箔”鋁深加工產業鏈。主要產品高純鋁、電子鋁箔、電極箔、電解鋁和鋁桿，在2010年的主營收入占比分別為11.65%、52.43%、17.94%和7.39%。其中，前三者屬于電子新材料業務，貢獻八成收入和九成盈利；電解鋁屬于初級產品，主要用來供應其他鋁深加工產品的生產，鋁桿業績變化也較小，因外售量減少，2010年營利貢獻更是減少至2%，對公司整體業績影響不大。
電子鋁箔和電極箔支撐公司業績80-90%以上，這兩項產品主要用來制備電解電容器。目前鋁電解電容器不僅在傳統消費電子領域快速增長，在工業變頻節能、電動車、新能源（風電、太陽能）等新興領域亦不斷延伸，市場普遍預期未來三年我國電子鋁箔和電極箔需求年均增速有望超過20%。7000噸非鉻酸電子鋁箔生產線二期項目和500萬平方米高壓電極箔產能項目預計于今年年底建成投資，屆時公司電子鋁箔和電極箔產能將分別達到2.7萬噸和900萬平方米。2010年電子鋁箔和電極箔分別實現銷售收入8.42億元和2.88億元，同比增長76.93%和68.11%，毛利率基本穩定。今年兩者產銷規模繼續提升的空間較小，明年新建項目投產后，業務增長有望再次提速。
鋁電解電容器范文6
關鍵詞： 電容測量； ESR測量； BUCK變換器； 數字電源
中圖分類號： TN710?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2015）24?0148?04
An online monitoring method for output?end electrolytic capacitor of
switching mode power supply
LI Qi， YANG Biao， YU Hao， FENG Lian
（School of Information Engineering and Automation， Kunming University of Science and Technology， Kunming 650500， China）
Abstract： The performance degradation of the electrolytic capacitor in switching mode power supply is an important factor to result in power failure， so a method of monitoring the capacity of output?end aluminum electrolytic capacitor and series equivalent resistance （ESR） on line is proposed for the digital?controlled switching mode power supply in allusion to BUCK topology， which can realize the real?time monitoring to the performance degradation of the output?end capacitor. When the load occurs step decline， by integrating the current of the capacitor， the capacitance is calculated in combination with charge conservation theorem， and the ESR value of the capacitor is calculated based on the voltage in both ends in charging process of the capacitor. The method is verified by the experiment， in which STM32F4 is used as the controller. The results show that the proposed method can measure the ESR and capacitance， and monitor the performance degradation of the capacitor in real?time. The algorithm of the method has low complexity， simple hardware structure， little error and strong feasibility.
Keywords： capacitor measurement； ESR measurement； BUCK converter； digital power supply
0 引 言
開關電源是目前應用最廣泛的電源，應用表明電解電容的壽命是開關電源壽命的主要瓶頸。在工作過程中電解電容等效電路模型中的串聯等效電阻（ESR）會不斷增大，容量下降[1]，使得開關電源輸出紋波增加，甚至使電子、電氣設備損壞，造成損失。目前對鋁電解電容的失效機理與故障預測已經有很多研究[1?3]，但預測電解電容壽命需要對開關電源的輸出紋波進行長期的監測、統計，然而分析這些數據并得出預期壽命需要比較大的計算量與復雜的硬件電路，多用于工業生產成品開關電源的產品壽命預測。例如文獻[4]使用了CPLD和32位微控制器采樣紋波信號，基于改進的EMD算法和基于改進 EMD的Hilbert變換算法提出一種實時估測ESR值的方法，算法的時間和空間復雜度都很高。文獻[5]提出了一種基于開關電源穩態輸出電壓紋波的監測電容容量與ESR值的方法。在開關電源運行中進行硬件實時監測是低成本的有效方案，可與上述電源壽命預測的方法相互補，達到了避免開關電源因電解電容退化而失效的目的。本文提出了一種在線式監測開關電源輸出端鋁電解電容容量與ESR值的方法，以此監測電容的退化情況。該方法不影響電源系統的正常運行并能很好地與現有的數字電源控制技術相結合，有一定的可行性，算法復雜度低。本文使用STM32F4作為控制器進行了實驗驗證，該方法有很好的實時性和一定的精確度。
1 電容容值的測量
1.1 理論基礎
如圖1所示，對于一個典型的BUCK拓撲的開關電源，其中Vi是輸入電壓，Vo是輸出電壓，Io是輸出電流，L是拓撲中電感的電感值，D是占空比，k為開關周期的次數。在處于穩態時，電感電流iL（t）在開關管開通時以斜率[Vi-VoL]上升；在開關管關斷時以斜率[-VoL]下降[6]。
圖1 BUCK變換器的拓撲結構
電感電流在開關管QH開通、關斷時的表達式為：
[iLt=Vi-VoLt+Io-Vo1-D2Lfs， 0≤t
拓撲中的電容起到吸收電感電流iL（t）中交流分量的作用，使得輸出電流Io穩定。
[iCt=iLt-Io] （2）
由式（2）可得電容電流iC（t）的表達式為：
[iCt=Vi-VoLt-Vo1-D2Lfs， 0≤t
如圖2所示，當負載電流io（t）在t1時刻發生向下的階躍變化，從Io1～Io2的變化量為Δi，而電感電流iL（t）不能突變，因此電容電流iC（t）也發生階躍變化，使得輸出端電容電壓Vo升高，達到Vom。
圖2 電感電流、負載電流與輸出端電壓的關系
劉雁飛等提出了電荷平衡法[7?9]，當負載發生階躍變化時，進行非線性控制，使得負載階躍變化前后電容充放電電荷平衡，從而使電容電壓回到穩態輸出電壓Vref。本文所采用的監測電容的方法基于電荷平衡的控制方法，當電源負載電流發生階躍變化時，強制開關管QH關斷，使得電感電流iL下降，跌落至負載電流Io2以下，這時相應的電容電流為：
[iCt=Vi-VoLt1-Vo1-D2Lfs-VoLt2， 0≤t1
這樣，根據t1～t2時刻的電流積分與測量到的電壓峰值Vom，基于電荷守恒定理可以得到式（5），由此式求得電容值C。
[C=t2t1iCtdtVomax-Vref] （5）
1.2 電容電流積分方法
在本文所提出的方法中，式（5）中電流積分的精確度很重要。檢測電容電流iC（t）需要添加額外的檢流電阻且會影響電源的性能，因此在假設電感電流紋波率很小的條件下，本文中電容電流通過其他量間接測得。
1.2.1 第一種方法
第一種方法假設輸出電壓Vo是理想的，基本不變，根據負載階躍下降時電流的變化量Δi和電感電流變化率[k=-VoL，]通過三角形面積公式即可求得電容電流的積分量，如下：
[t2t1iCtdt=Δi22k] （6）
1.2.2 第二種方法
第二種方法是從負載發生階躍下降時刻開始計時，測量從負載階躍下降時刻t1到電容電流過零時刻t2所用時間即T，結合電流階躍變化量Δi可得式（7），這樣根據式（5）便可求得電容值C。
[t2t1iCtdt=ΔiT2] （7）
1.2.3 斜率修正法
實際的輸出電壓Vo是變化的，為了準確地求解電感電流，以Vo為中間變量，在電感電流下降時得到式（8）。
[LdiLtdt=1Ct1t2iLt-Io2dt+ESRiLt-Io2] （8）
圖3中的理論值為使用式（8）中的微分方程來計算電容電流積分，從而得到的輸出電壓Vo曲線（其他參數：電容值C為100 μF，ESR的值為10 mΩ，電感值L為2 μH，輸出電壓Vo為1 V，電流階躍下降量Δi為4 A）?？梢姺椒ㄒ槐确椒ǘ`差大，但使用方法二需要對電流過零時間進行檢測，增加了額外的硬件電路。因此本文提出了電感電流斜率修正法，在方法一的基礎上預先對曲線積分近似法進行擬合，使用電感電流修正斜率kC，使得式（9）成立，這樣便可使用kC替代式（6）中的k計算電容電流積分。
[kC=Δi2t2t1iCtdt] （9）
圖3 兩種積分方法與理論值的對比
如圖4為使用修正斜率方法與方法二和理論值的誤差，可見選擇恰當的kC可使得積分誤差很小，但隨著電容退化，其容值C的下降，使用斜率修正法的誤差會逐漸向正方向增加；第二種方法的誤差也向正方向增加，但在一定電容容值范圍內斜率修正法造成的誤差比第二種方法小。
圖4 斜率修正方法與方法二的對比
2 ESR的測量
對于一個實際的電容，有如圖5（a）所示的理想元件等效模型[10]。其中ESR為串聯等效電阻，ESL為串聯等效電感，EPR為并聯等效電阻。通常EPR很大ESL很小，所以兩者可以忽略不計。由于電容中ESR的存在，實際測得的電容電壓值中還包含了ESR的電壓分量VESR。在開關切換瞬間突變的iC電流在ESR上產生電壓，而理想電容Creal兩端的電壓不能突變，使得在電容電流階躍變化時電容電壓也有小幅的階躍變化。如圖5（b）所示，ESR上的電壓隨著電容電流的下降而下降，在t2時刻，理想電容兩端的電壓VC等于輸出電壓Vo。
圖5 電容的理想元件等效模型與電壓關系
基于上文的斜率修正方法，電感電流以固定的斜率kC下降，根據三角形相似公式可以求出td時刻的理想電容電壓 VC（td）為：
[VCtd=Vom1-td2T2] （10）
因此在td時刻由測量的輸出電壓Vo（td），結合計算出的電感電流iL（td）即可由式（11）求得ESR的值RESR。
[RESR=Votd-VCtdio2-kCtd] （11）
在開關切換的一瞬間ESR所產生的電壓最大，此時還會有因開關管狀態切換而產生的電壓尖峰，因此測量時刻td應選擇在尖峰電壓產生的振蕩衰減之后。觸發電路及控制器的中斷響應會產生一定的延時，必要時還應額外的增加延遲。
3 實驗驗證
實驗電路參數如表1所示。
表1 實驗電路參數
本文使用STM32F407VG作為數字電源的控制器進行實驗，使用了前文所述的電感斜率修正的方法，圖6為算法流程圖。
圖7為電路框圖，其中電壓跟隨器與檢流放大器使用高精度儀表運算放大器INA128，微分電路使用LM358搭建，柵極驅動器使用IR2110S，峰值保持器使用AD783。
圖6 算法流程圖
圖7 系統結構框圖
在電源負載穩定時，STM32F4作為電源的PID控制器，在負載發生階躍變化時微分電路將輸出脈沖觸發控制器的外部中斷EXIT1，使用STM32F4中三個獨立的ADC模塊采樣輸出電壓Vo、峰值電壓Vom與輸出電流Io。在中斷函數中，采樣輸出電壓Vo（td）、峰值電壓Vom、負載階躍變化前輸出電流Io1、負載階躍變化后輸出電流Io2，按前文方法可計算得到電容的RESR與電容值C。經驗證，本文所提出的方法可以在5 μs內完成計算，具有一定的實時性。
表2為負載階躍減小Δi=5 A時的實驗結果，表3為負載階躍減小Δi=3 A時的實驗結果。
表2 Δi=5 A時的實驗結果
表3 Δi=3 A的實驗結果
4 結 語
通過電容的電荷守恒原理提出了一種在線式的監測開關電源輸出端鋁電解電容容量與ESR值的方法，并基于BUCK拓撲進行了理論推導與實驗。本文對電容電流積分的計算方法進行了分析，并提出一種高精度的斜率修正方法。
仿真表明該方法精確度高，實驗驗證表明該方法算法復雜度低，有很好的實時性。但在電容值C較小、ESR值較大時仍有較大誤差，因此改進電容電流積分方法、提高電壓測量的精度仍然是后續研究工作的重點。此外，加入數據的統計處理功能，消除因外部干擾導致的不合理誤差也是很有必要的。
注：本文通訊作者為楊彪。
參考文獻
[1] 馬皓，王林國.鋁電解電容器退化分析與故障預診斷[J].電力系統自動化，2005，29（15）：68?72.
[2] 周慧德.開關電源中鋁電解電容可靠性的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2010.
[3] 劉鄭輝，席自強.基于Buck電路的開關電源紋波的計算和抑制[J].湖北工業大學學報，2007，22（5）：22?24.
[4] 王國輝，關永，鄭學艷，等.開關電源中鋁電解電容ESR實時估測[J].電源技術，2014，38（6）：1114?1117.
[5] YAO K， HU Wenbin， TANG Weijie， et al. A novel online ESR and C identification method for output capacitor of buck converter [C]// 2014 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition. Pittsburgh： IEEE， 2014： 3476?3482.
[6] MANIKTALA S. Switching power aupplies A to Z [M]. USA： Butterworth?Heinemann， 2006.
[7] JIA L， WANG D， MEYER E， et al. A novel digital capacitor charge balance control algorithm with a practical extreme voltage detector [C]// 2010 IEEE Energy Conversion Congress and Exposition. Atlanta： IEEE， 2010： 514?521.
[8] MEYER E， LIU Y F. A practical minimum time control method for Buck converters based on capacitor charge balance [C]// 2008 Twenty?Third IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition. Austin： IEEE， 2008： 10?16.
（上接第151頁）
