前言

電容器是電子電路不可或缺的元件，在很多電氣設(shè)備中也能看到電容器的存在。我們的日常生活離不開電子電路，當然也離不開電容器。

電子技術(shù)的發(fā)展催促著電容器的發(fā)展。交流輸電方式成為電網(wǎng)唯一的供電方式，而電子電路需要直流電，因此需要將交流電網(wǎng)的供電轉(zhuǎn)換為直流電。交流電的能量函數(shù)是時變的，直流電的能量函數(shù)是恒定的，在一個交流電周期，交流電的能量與直流電的能量可以相等，如1000W交流電和直流電功率在一個工頻電源周期的能量為20 J。但是，交流電轉(zhuǎn)換成直流電過程中的瞬時能量是不相等的，破壞了能量守恒定律。如果完成交流電向直流電的轉(zhuǎn)換，需要有一個能量緩沖裝置或元件。最簡單的能量緩沖裝置或元件就是電容器。

由于交流市電僅為50Hz或60Hz，交流電轉(zhuǎn)換為直流電的過程需要很大的電容量來滿足緩沖能量的需求，與此同時還要具有經(jīng)濟、體積小的特點，電解電容器應(yīng)運而生。

時至今日，電子技術(shù)無處不在，如各類家電、手機、計算機，甚至照明也進入了電子化。電解電容器也隨之進入人們生活的每一個角落，電解電容器的應(yīng)用場景也越來越多。

對電解電容器性能的要求不再僅僅是早期的電容量、額定電壓、漏電流、損耗因數(shù)4項指標，根據(jù)不同的應(yīng)用場景提出了等效串聯(lián)電阻（ESR）、紋波電流、工作溫度范圍、壽命、耐久性等性能需求。進一步的要求有：電解電容器的等效串聯(lián)電感（ESL）、頻率特性曲線、阻抗-頻率特性曲線、壽命與溫度以及紋波電流的特性曲線、紋波電流的頻率折算系數(shù)和溫度折算系數(shù)。因此，電解電容器需要根據(jù)不用的應(yīng)用場景給出合適的性能與價格的最佳折中。

根據(jù)應(yīng)用場景的不同，對電解電容器性能需求也不同。一般用途型電解電容器通常為85℃/2000h或105℃/2000h，如CD110系列產(chǎn)品、CD29系列產(chǎn)品、CD135系列產(chǎn)品。這個水平的電解電容器對100kHz性能沒有特殊要求，即便如此，也可以滿足大多數(shù)對價格敏感的電子電路的要求。對于現(xiàn)在國內(nèi)電解電容器制造水平，85℃/2000h產(chǎn)品是電解電容器制造入門級產(chǎn)品，低于這個水平的產(chǎn)品無法進入國內(nèi)電解電容器應(yīng)用市場。

開關(guān)電源的密閉外殼要求電解電容器具有105℃/2000h以上的壽命，如105℃/6000～10000h。

光伏逆變應(yīng)用的電解電容器則希望有45℃/20年的壽命。

LED的工作條件惡劣，需要體積小且125℃以上的工作溫度和至少3000h壽命的電解電容器。

智能手機充電器要求充電電流至少2A，液態(tài)電解電容器無法滿足此要求，需要可以承受高紋波電流的固態(tài)鋁電解電容器，這也是近十年來固態(tài)鋁電解電容器發(fā)展的動力。

實際應(yīng)用對電解電容器提出如此多的性能要求，需要電解電容器制造工程師清楚實際應(yīng)用對電解電容器的性能要求。應(yīng)用工程師需要了解電解電容器的特性，才能造好電解電容器、用好電解電容器。經(jīng)常會出現(xiàn)因制造不當、應(yīng)用不當或理解不當出現(xiàn)制造與應(yīng)用的矛盾。

編寫本書就是為了解決這個矛盾，讓電解電容器制造商和應(yīng)用工程師清楚什么樣的應(yīng)用場景對電解電容器有什么樣的性能要求，電解電容器需要提供哪些技術(shù)數(shù)據(jù)才夠用。

本書在第1～3章介紹了電解電容器的發(fā)展歷程、基本結(jié)構(gòu)與制造過程，電容器的基礎(chǔ)知識和電解電容器需求的原因。

第4～8章詳細解析了電解電容器的一般性能和特殊性能。

第9～14章詳細講解了電解電容器在反激式開關(guān)電源、各種橋式開關(guān)電源、LLC諧振式開關(guān)電源、功率因數(shù)校正電路、變頻器、各類逆變弧焊電源等電力電子電路中的電流及電流的頻率成分，電路對電容量的需求等。

為了方便讀者對電解電容器性能的理解，第15～19章列出了典型的一般用途型電解電容器，高紋波電流、低ESR、長壽命液態(tài)電解電容器，固態(tài)鋁電解電容器和車規(guī)級電解電容器的詳細數(shù)據(jù)。

本書未涉及的內(nèi)容如單相功率因數(shù)校正（Power Factor Correction, PFC）與各種電拓撲變換組合后直流母線（DC-Link）工作狀態(tài)分析、光伏逆變中電容器的工作狀態(tài)分析、“柔直”電容器工作狀態(tài)分析、高壓變頻器功率單元中的直流母線電容器工作狀態(tài)分析等電解電容器應(yīng)用領(lǐng)域的內(nèi)容在《薄膜電容器原理與應(yīng)用》一書中進行詳細講解。

電容器除了電解電容器外，還有薄膜電容器、陶瓷電容器，與薄膜電容器、陶瓷電容器相關(guān)的內(nèi)容，見后續(xù)出版的《薄膜電容器原理與應(yīng)用》《陶瓷電容器原理與應(yīng)用》。

電容器失效是電容器應(yīng)用中不可避免的問題，在實際應(yīng)用中需要弄清楚電容器失效的原因及解決方法，相關(guān)內(nèi)容可以見后續(xù)出版的《電容器失效分析及型式試驗》。

本書第1～3、15～19章由陳永真編寫，第4～14章由陳之勃編寫。全書由陳永真統(tǒng)稿。

本書經(jīng)歷了近十年的準備與撰寫，通過與電解電容器制造工程師和應(yīng)用工程師的技術(shù)交流，使編者對電解電容器的認識不斷提高，相對于十年前對電解電容器的理解和分析問題的能力得到質(zhì)的飛躍。在本書寫作的近十年歷程中，看到了我國電解電容器在數(shù)量和質(zhì)量上的發(fā)展與進步。在我國電解電容器專家的不斷努力下，開發(fā)出性能更優(yōu)異的電解電容器品種、性能更優(yōu)異的電解電容器基礎(chǔ)材料；在我國電解電容器制造工程師的努力下，制造出更新、性能更優(yōu)異或更廉價的電解電容器，為客戶提供更優(yōu)質(zhì)的技術(shù)支持和服務(wù)；在我國電解電容器設(shè)備制造商的努力下，制造出更加節(jié)能、品質(zhì)更好的電解電容器制作設(shè)備，為電解電容器制造商提供更優(yōu)異的服務(wù)；我國電解電容器應(yīng)用（電力電子）工程師對電解電容器的理解不斷地加深，更加合理地應(yīng)用電解電容器、拓展電解電容器的新應(yīng)用領(lǐng)域。我國電解電容器會有更美好的未來！謹此，對電解電容器研發(fā)、制造、應(yīng)用領(lǐng)域的專家、制造商、工程師表達最崇高的敬意！

編者

于遼寧工業(yè)大學