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铝电解电容器范文1
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.
铝电解电容器范文2
第二届世界智能大会将开,智能产品规模化落地加速.可关注富瀚微（300613）、四维图新（002405）等。
青岛上合组织峰会倒计时把握两大主线投资机会.1）青岛既与欧洲铁路连接，也与其它国家有海上连接，在建设“丝绸之路经济带”和“21世纪海上丝绸之路”方面将扮演着重要角色。作为本届峰会举办地，青岛与上合组织有关国家的城市或商务机构合作成果格外耀眼。青岛啤酒（600600）是青岛知名国际名片之一，去年在上海合作组织有关国家实现销量同比增长77%，其中在哈萨克斯坦成为从亚洲进口啤酒的首选。青岛海尔（600690）2016年在俄罗斯投资5000万美元建设的工厂，去年下线10万台“俄罗斯造”冰箱；海尔印度工厂实现研发、制造、销售三位一体的本地化模式；海尔巴基斯坦工厂在当地的品牌知名度达96%。2）空气质量是会前准备工作的首要任务，作为化工大省的山东必将对环境质量严格要求。据悉，氯醇法为国内环氧丙烷的主要生产工艺，80%以上装置都位于山东地区，但该工艺废水处理问题严重。受环保督察监管升级的影响，相关中小企业开工率或大幅降低。加之，镇利化学28.5万吨/年生产线计划4月20日-6月15日全线停车检修55天左右，而下游聚醚等行业因全国冰箱行业旺季需求也将迎来增长。供求两端支撑二季度环氧丙烷看多氛围，可关注环氧丙烷龙头滨化股份（601678），以及环氧丙烷-聚醚产业链的航锦科技（000818）等。
外管局：2018年一季度，境外投资者对我国境内金融机构直接投资流入223.59亿元，流出172.80亿元，净流入50.79亿元；我国境内金融机构对境外直接投资流出237.82亿元，流入109.56亿元，净流出128.26亿元。
海南发文支持急需医疗器械进口,商有望受益.进口医疗器械审批权下移，将使相关进口公司,以及与海外大型医药公司幵展深度合作的国内药企受益。迪安诊断近日与FMI和罗氏签约，在中国地区推进全面基因组测序分析技术和肿瘤个性化诊疗；迈克生物（300463）与全球分子诊断巨头德国凯杰就第二代测序技术开展了合作；灵康药业（603669）拟收购海南省肿瘤医院成美国际医学中心的25%股权，该医院位于博鳖乐城国际医疗旅游先行示范区。
铝电解电容涨价潮来袭,龙头公司业绩稳步增长.艾华集团是国内铝电解电容器龙头企业，全球第六大铝电解电容器制造商。江海股份是国内铝电容龙头公司之一，主营铝电解电容器系列产品及其主要的原材料化成箔。
铝电解电容器范文3
NPO（CG）：I类电介质，温度补偿式，电气特性最稳定，基本上不随温度、电压、时间的改变而改变。属超稳定、低损耗的电容材料型，造用于对稳定性、可靠性要求较高的高频、特高频、甚高频的场合。要注意所选电容器的温度—时间曲线应当与被补偿的绕组或其它元件的温度—时间曲线正好相反。
X7R（2XI）：Ⅱ类电介质，电气特性较稳定，温度、电压、时间特性变化不显著。属稳定型电容材料类型，适用于隔直、耦合、旁路、滤波电路及可靠性要求较高的中、低频场合。
Y5V（2F4），Z5U（2E6）：Ⅲ类电介质，具有很高的介电常数，广泛用于对容量、损耗要求不高的场合。
低频瓷介电容器易被脉冲电压击穿，其耐热性能较差，若焊接温度过高可能损坏密封或使电极与引出线的连接不良，温度突变可能使密封或介质破损。银电极电容器不应在潮湿的环境下储存，应防止外壳受潮而使银离子迁移，引起电容器短路。金属化电容器不适合在较大的脉冲电流电路中工作。陶瓷电容器尽量不要用音响设备的电路中。
涤纶电容器一般使用在低频电路中。聚碳酸脂薄膜电容器可在125℃高温电路中工作。聚苯乙烯电容器。适合于要求RC时间常数大的电路中使用（特别适合音响电路），但耐温性能差，只适合在65℃以下的工作环境中使用。同时具有低电平工作开路缺点，所以实际使用电压，不应低于额定工作电压85%的值。
玻璃和云母电容器用于要求电容器较小、品质系数高以及对温度、频率和稳定性好的电路中。它们可作高频耩和旁路，或在调谐电路中作固定电容器元件。安们具有高的绝缘电阻、低功耗系数、低电感和优良的稳定性等特性，特别适合于高频应用。因此，在脉冲电路中，建议使用云母，聚丙烯电容。从性能价格上考虑，应优先选用云母电容器，但是云母容器因云母片资源少，国内生产厂家已经很少了。
铝电解电容器范文4
薄膜电容器仍未投产
传闻：薄膜电容器4季度开始贡献业绩。
记者连线：记者致电江海股份证券部，工作人员表示薄膜电容器还未正式投产，因此还无法贡献业绩。
江海股份（002484）2010年9月上市，主要产品为铝电解电容器系列产品及其主要的原材料化成箔，是国内铝电解电容业的龙头企业，拥有国内生产厂商中最齐全的产品种类。
2012年受制于宏观经济疲软公司工业类电容开工率不足，以及内蒙古化成箔募投项目投资遇电价上涨，公司业绩下滑影响，半年报显示上半年公司营收4.85 亿元，同比下滑2.44%；净利润4496.69 万元，同比下降15.24%；但从单季度来看，公司2 季度净利润2994 万元，环比实现99.27%的增长，同比降幅也明显收窄，综合毛利率连续2 个季度上升，这表明公司经营状况正在好转。公司预计三季度归属于上市公司股东的净利润变动区间6743万元至9271万元，变动幅度—20%至10%。
2011年8月该公司宣布了一项超募资金使用计划：公司使用2亿元超募资金设立全资子公司，投建高压大容量薄膜电容器生产线，建成后将为江海新增100万只/年的薄膜电容器产能。整个项目由10条生产线组成，项目建设周期为30个月，计划在2013年12月投产。项目建设完成后预计实现销售收入5.65亿元，实现年平均税后利润6641万元。
薄膜电容器是江海股份上市后正式涉足的新产品。江海股份目前产品以铝电解电容器为主，但毛利率只有21%左右；而A股目前主营薄膜电容器的公司法拉电子毛利率却能达到35%以上。去年江海股份营业收入达到10.4亿元，但净利润只有1.1亿元；同期法拉电子营收13.3亿元，净利润2.8亿元，毛利率的差距十分明显。
据悉，该公司目前已经建成1条生产线，记者连线工作人员表示还未正式投产，而在投资者互动关系平台上，公司表示薄膜电容器今年销售量很小，对公司业绩贡献很少。预计明年量产，开始贡献业绩。
华虹计通：
项目节点推迟将影响全年业绩
传闻：项目节点推迟将影响全年业绩。
记者连线：记者致电华虹计通证券部，工作人员表示客观来说项目节点推迟也将影响全年业绩。
华虹计通（300330）作为射频识别技术的电子收费与支付系统解决方案设备供应商，该公司于6月19日登陆创业板，发行价为15元，首日开盘价15.5元。当时该公司被多家券商称为“城市轨道交通AFC系统的龙头”，“优秀的AFC系统提供商”，但就在上市不到一个月的时间里，华虹计通半年度业绩公告，半年报数据显示该公司上半年归属于上市公司股东的净利润为1585.79万元，而去年同期净利润为2081.72万元，同比下降23.82%。
公司披露表示，业绩下降一方面是由于项目节点的影响，同时销售收入中毛利率相对较低的AFC系统业务收入占比较大；另一方面是由于应收账款大幅增加，计提的资产减值准备增加。
而在10月13日公司公告的三季报数据中再次表示受部分项目节点的影响， 公司2012 年1—3季度主营业务收入较上年同期略有下降， 因此营业利润出现一定幅度下降。三季报预告今年三季度盈利约：2057万元—2191万元，比上年同期下降约18—23%。至于全年业绩，公司方面表示客观来说也将受到项目节点推迟的影响。
但在二级市场上，该股票作为一只次新股，盘子小，股价9月份在发改委密集批复多个城市轨道交通建设刺激下，连续出现强势放量涨停，之后随大盘出现回落，考虑到稳增长是未来一段时间中国经济主旋律，基础设施建设尤其是城市轨道交通建设将在稳增长政策下扮演重要角色，投资者可以短线关注。
美盛文化：
上市奖金将计入三季度
传闻：公司获1686万上市奖金计入3季度业绩。
记者连线：记者致电美盛文化证券部，工作人员确认该消息属实。
美盛文化（002699）于2012年9月11日登陆资本市场，公司是国内主要的动漫服饰制造商之一，专注于动漫衍生品细分产品动漫服饰的开发、生产和销售，主要产品包括迪士尼形象动漫服饰、电影形象动漫服饰、传统节日动漫服饰以及装饰头巾等。
该公司在国内动漫服饰行业中居于前列。2009年动漫服饰年销售收入在1000万元以上的大型企业约20家，占市场份额60. 5%。而公司2009年销售收入已达1.25亿，堪称行业的龙头企业之一。由于公司在规模上已大幅超越国内的绝大多数同行企业，这使得公司在上游采购和订单争取中具备一定优势，同时，这为公司未来实现外延扩张奠定了基础。
公司此次IPO共募集42628万元，公司拟以募集资金21350万元投资“动漫服饰扩产建设项目”，完全达产后新增1000万套动漫服饰的产能（2011年公司的动漫服饰销量为455.04万套），预计正常年营业收入33999万元，净利润9818万元。
而公开数据显示，该公司上半年实现净利润仅923.75万元，9月15日该公司公告，获得地方政府1686万元的上市奖励，而这无疑为公司今年的业绩增添了一抹亮色。根据美盛文化的公告，这笔1686万元的奖励将一次性计入公司2012年营业外收入，这也意味着今年公司将因此增加1000万元左右的收益，单从数字上看，这笔收益将超过公司今年上半年实现的净利润。
而从公司最近三季报预告来看，1—9月份归属于母公司所有者的净利润为4750万元—5000万元，同比增长1%—5%。而该笔奖金计入三季度无疑将对三季度业绩产生积极的影响。
沧州明珠：
两项锂电隔膜专利获批
传闻：沧州明珠专利申请已获批。
记者连线：记者致电沧州明珠证券部，该公司工作人员表示在已申请的5项专利中，2项有关锂电隔膜的专利已获批。
沧州明珠（002108）于2007年1月24日登陆资本市场，主营业务为PE管材、BOPA薄膜的生产和销售，2009—2011年实现净利润1.02亿元、1.16亿元、1亿元。
沧州明珠于去年7月推出定向增发预案，公司拟向包括控股股东东塑集团在内的投资者发行不超过4000万股，不低于8.16元/股，募集资金总额不超过32640万元，用于投资建设“年产19800吨聚乙烯（PE）燃气、给水用管材管件项目”和“年产2000万平方米锂离子电池隔膜项目”。
在该次募投项目的可行性分析报告中表示，研发人员经过2年多的研发探索，目前已突破相关技术瓶颈，掌握了多层复合锂电池隔膜的生产工艺，申请的5项发明专利已被受理并进入实质审查阶段，而记者通过连线该公司证券部，目前有关锂电隔膜的2项专利已经获批。
铝电解电容器范文5
此后，公司的业绩成长曲线便一直昂扬向上，如同一场精彩而华丽的表演，让人们争相鼓掌喝彩。公司09年1-4季度的EPS分别为0.03元、0.12元、0.14元和0.18元，去年为0.13元、0.2元、0.21元和0.22元，今年1季度达到0.2元。更重要的是，在09年1季度以来，几乎每个季度的业绩成长，都有超出市场的预期。给市场正面惊奇不断，似乎已成了公司的特征。
公司是我国的电子新材料生产领先企业，目前高纯铝和电子铝箔的年产能各为3.3万吨和2万吨，相应市场占有率分别为70%和60%，形成以“高纯铝、电子铝箔、电极箔”为主导产品的“能源――高纯铝―电子铝箔―电极箔”铝深加工产业链。主要产品高纯铝、电子铝箔、电极箔、电解铝和铝杆，在2010年的主营收入占比分别为11.65%、52.43%、17.94%和7.39%。其中，前三者属于电子新材料业务，贡献八成收入和九成盈利；电解铝属于初级产品，主要用来供应其他铝深加工产品的生产，铝杆业绩变化也较小，因外售量减少，2010年营利贡献更是减少至2%，对公司整体业绩影响不大。
电子铝箔和电极箔支撑公司业绩80-90%以上，这两项产品主要用来制备电解电容器。目前铝电解电容器不仅在传统消费电子领域快速增长，在工业变频节能、电动车、新能源（风电、太阳能）等新兴领域亦不断延伸，市场普遍预期未来三年我国电子铝箔和电极箔需求年均增速有望超过20%。7000吨非铬酸电子铝箔生产线二期项目和500万平方米高压电极箔产能项目预计于今年年底建成投资，届时公司电子铝箔和电极箔产能将分别达到2.7万吨和900万平方米。2010年电子铝箔和电极箔分别实现销售收入8.42亿元和2.88亿元，同比增长76.93%和68.11%，毛利率基本稳定。今年两者产销规模继续提升的空间较小，明年新建项目投产后，业务增长有望再次提速。
铝电解电容器范文6
关键词： 电容测量； ESR测量； BUCK变换器； 数字电源
中图分类号： TN710?34 文献标识码： A 文章编号： 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
开关电源是目前应用最广泛的电源，应用表明电解电容的寿命是开关电源寿命的主要瓶颈。在工作过程中电解电容等效电路模型中的串联等效电阻（ESR）会不断增大，容量下降[1]，使得开关电源输出纹波增加，甚至使电子、电气设备损坏，造成损失。目前对铝电解电容的失效机理与故障预测已经有很多研究[1?3]，但预测电解电容寿命需要对开关电源的输出纹波进行长期的监测、统计，然而分析这些数据并得出预期寿命需要比较大的计算量与复杂的硬件电路，多用于工业生产成品开关电源的产品寿命预测。例如文献[4]使用了CPLD和32位微控制器采样纹波信号，基于改进的EMD算法和基于改进 EMD的Hilbert变换算法提出一种实时估测ESR值的方法，算法的时间和空间复杂度都很高。文献[5]提出了一种基于开关电源稳态输出电压纹波的监测电容容量与ESR值的方法。在开关电源运行中进行硬件实时监测是低成本的有效方案，可与上述电源寿命预测的方法相互补，达到了避免开关电源因电解电容退化而失效的目的。本文提出了一种在线式监测开关电源输出端铝电解电容容量与ESR值的方法，以此监测电容的退化情况。该方法不影响电源系统的正常运行并能很好地与现有的数字电源控制技术相结合，有一定的可行性，算法复杂度低。本文使用STM32F4作为控制器进行了实验验证，该方法有很好的实时性和一定的精确度。
1 电容容值的测量
1.1 理论基础
如图1所示，对于一个典型的BUCK拓扑的开关电源，其中Vi是输入电压，Vo是输出电压，Io是输出电流，L是拓扑中电感的电感值，D是占空比，k为开关周期的次数。在处于稳态时，电感电流iL（t）在开关管开通时以斜率[Vi-VoL]上升；在开关管关断时以斜率[-VoL]下降[6]。
图1 BUCK变换器的拓扑结构
电感电流在开关管QH开通、关断时的表达式为：
[iLt=Vi-VoLt+Io-Vo1-D2Lfs， 0≤t
拓扑中的电容起到吸收电感电流iL（t）中交流分量的作用，使得输出电流Io稳定。
[iCt=iLt-Io] （2）
由式（2）可得电容电流iC（t）的表达式为：
[iCt=Vi-VoLt-Vo1-D2Lfs， 0≤t
如图2所示，当负载电流io（t）在t1时刻发生向下的阶跃变化，从Io1～Io2的变化量为Δi，而电感电流iL（t）不能突变，因此电容电流iC（t）也发生阶跃变化，使得输出端电容电压Vo升高，达到Vom。
图2 电感电流、负载电流与输出端电压的关系
刘雁飞等提出了电荷平衡法[7?9]，当负载发生阶跃变化时，进行非线性控制，使得负载阶跃变化前后电容充放电电荷平衡，从而使电容电压回到稳态输出电压Vref。本文所采用的监测电容的方法基于电荷平衡的控制方法，当电源负载电流发生阶跃变化时，强制开关管QH关断，使得电感电流iL下降，跌落至负载电流Io2以下，这时相应的电容电流为：
[iCt=Vi-VoLt1-Vo1-D2Lfs-VoLt2， 0≤t1
这样，根据t1～t2时刻的电流积分与测量到的电压峰值Vom，基于电荷守恒定理可以得到式（5），由此式求得电容值C。
[C=t2t1iCtdtVomax-Vref] （5）
1.2 电容电流积分方法
在本文所提出的方法中，式（5）中电流积分的精确度很重要。检测电容电流iC（t）需要添加额外的检流电阻且会影响电源的性能，因此在假设电感电流纹波率很小的条件下，本文中电容电流通过其他量间接测得。
1.2.1 第一种方法
第一种方法假设输出电压Vo是理想的，基本不变，根据负载阶跃下降时电流的变化量Δi和电感电流变化率[k=-VoL，]通过三角形面积公式即可求得电容电流的积分量，如下：
[t2t1iCtdt=Δi22k] （6）
1.2.2 第二种方法
第二种方法是从负载发生阶跃下降时刻开始计时，测量从负载阶跃下降时刻t1到电容电流过零时刻t2所用时间即T，结合电流阶跃变化量Δi可得式（7），这样根据式（5）便可求得电容值C。
[t2t1iCtdt=ΔiT2] （7）
1.2.3 斜率修正法
实际的输出电压Vo是变化的，为了准确地求解电感电流，以Vo为中间变量，在电感电流下降时得到式（8）。
[LdiLtdt=1Ct1t2iLt-Io2dt+ESRiLt-Io2] （8）
图3中的理论值为使用式（8）中的微分方程来计算电容电流积分，从而得到的输出电压Vo曲线（其他参数：电容值C为100 μF，ESR的值为10 mΩ，电感值L为2 μH，输出电压Vo为1 V，电流阶跃下降量Δi为4 A）。可见方法一比方法二误差大，但使用方法二需要对电流过零时间进行检测，增加了额外的硬件电路。因此本文提出了电感电流斜率修正法，在方法一的基础上预先对曲线积分近似法进行拟合，使用电感电流修正斜率kC，使得式（9）成立，这样便可使用kC替代式（6）中的k计算电容电流积分。
[kC=Δi2t2t1iCtdt] （9）
图3 两种积分方法与理论值的对比
如图4为使用修正斜率方法与方法二和理论值的误差，可见选择恰当的kC可使得积分误差很小，但随着电容退化，其容值C的下降，使用斜率修正法的误差会逐渐向正方向增加；第二种方法的误差也向正方向增加，但在一定电容容值范围内斜率修正法造成的误差比第二种方法小。
图4 斜率修正方法与方法二的对比
2 ESR的测量
对于一个实际的电容，有如图5（a）所示的理想元件等效模型[10]。其中ESR为串联等效电阻，ESL为串联等效电感，EPR为并联等效电阻。通常EPR很大ESL很小，所以两者可以忽略不计。由于电容中ESR的存在，实际测得的电容电压值中还包含了ESR的电压分量VESR。在开关切换瞬间突变的iC电流在ESR上产生电压，而理想电容Creal两端的电压不能突变，使得在电容电流阶跃变化时电容电压也有小幅的阶跃变化。如图5（b）所示，ESR上的电压随着电容电流的下降而下降，在t2时刻，理想电容两端的电压VC等于输出电压Vo。
图5 电容的理想元件等效模型与电压关系
基于上文的斜率修正方法，电感电流以固定的斜率kC下降，根据三角形相似公式可以求出td时刻的理想电容电压 VC（td）为：
[VCtd=Vom1-td2T2] （10）
因此在td时刻由测量的输出电压Vo（td），结合计算出的电感电流iL（td）即可由式（11）求得ESR的值RESR。
[RESR=Votd-VCtdio2-kCtd] （11）
在开关切换的一瞬间ESR所产生的电压最大，此时还会有因开关管状态切换而产生的电压尖峰，因此测量时刻td应选择在尖峰电压产生的振荡衰减之后。触发电路及控制器的中断响应会产生一定的延时，必要时还应额外的增加延迟。
3 实验验证
实验电路参数如表1所示。
表1 实验电路参数
本文使用STM32F407VG作为数字电源的控制器进行实验，使用了前文所述的电感斜率修正的方法，图6为算法流程图。
图7为电路框图，其中电压跟随器与检流放大器使用高精度仪表运算放大器INA128，微分电路使用LM358搭建，栅极驱动器使用IR2110S，峰值保持器使用AD783。
图6 算法流程图
图7 系统结构框图
在电源负载稳定时，STM32F4作为电源的PID控制器，在负载发生阶跃变化时微分电路将输出脉冲触发控制器的外部中断EXIT1，使用STM32F4中三个独立的ADC模块采样输出电压Vo、峰值电压Vom与输出电流Io。在中断函数中，采样输出电压Vo（td）、峰值电压Vom、负载阶跃变化前输出电流Io1、负载阶跃变化后输出电流Io2，按前文方法可计算得到电容的RESR与电容值C。经验证，本文所提出的方法可以在5 μs内完成计算，具有一定的实时性。
表2为负载阶跃减小Δi=5 A时的实验结果，表3为负载阶跃减小Δi=3 A时的实验结果。
表2 Δi=5 A时的实验结果
表3 Δi=3 A的实验结果
4 结 语
通过电容的电荷守恒原理提出了一种在线式的监测开关电源输出端铝电解电容容量与ESR值的方法，并基于BUCK拓扑进行了理论推导与实验。本文对电容电流积分的计算方法进行了分析，并提出一种高精度的斜率修正方法。
仿真表明该方法精确度高，实验验证表明该方法算法复杂度低，有很好的实时性。但在电容值C较小、ESR值较大时仍有较大误差，因此改进电容电流积分方法、提高电压测量的精度仍然是后续研究工作的重点。此外，加入数据的统计处理功能，消除因外部干扰导致的不合理误差也是很有必要的。
注：本文通讯作者为杨彪。
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