可以用作支撑电容器的电容器主要有电解电容和薄膜电容，两者各有特点，各有优势。

（一）电解电容器

电解电容器是电容的一种，金属箔为正极（铝或钽），与正极紧贴金属的氧化膜（氧化铝或五氧化二钽）是电介质，阴极由导电材料、电解质（电解质可以是液体或固体）和其他材料共同组成，因电解质是阴极的主要部分，电解电容器因此而得名，同时电解电容器正负不可接错。

1.内部主体结构

通常铝电解电容器的基本结构是箔式卷绕型的结构，如图5-55所示。

结构材料的特点如下：

（1）正极铝箔/阳极导针

先将高纯光铝箔在特定的腐蚀液中进行电化学腐蚀处理，以扩大其表面积，接着在特定的赋溶液中加上相当于额定电压140%～200%的电压进行化成处理，使铝箔的表面形成电化学介质（Al₂O₃），这种介质是非常薄而且致密的氧化膜，约20～30Å/V（1Å=10^-10m），并且具有很高的工作电场强度（600kV/mm）。阳极导针采取化成措施，其目的是将阳极上积蓄的正电荷引出外部电路。

（2）负极铝箔/负极导针

与正极箔一样施行表面腐蚀处理，一般产品不进行化成处理。因此表面只有自然氧化膜，耐压为0.2～1V。负极导针是将负极上积蓄的负电荷引出外部电路。

图5-55 电解电容卷绕结构

（3）电解液/电解纸

电解液是离子型导电液体，腐蚀后形成介质的箔浸在电解液中，电解液起到负极的作用并且具有修补氧化膜的作用。因此，“负极箔”只是起到电解液与外部端子连接的电极作用。

为了保持电解液的均匀性及持久性，防止正极和负极的机械接触造成短路，多使用电解纸。

（4）外壳/胶塞（或胶盖）

为了保持电容器芯组的密封性，用铝外壳和胶塞（或胶盖）封装。

目前，胶塞材料分为三元乙丙胶（用于插件品）与丁基胶（用于片式品）。

（5）热缩套管（插件产品专用）

为了外壳绝缘，便于印标志，现多使用两种材料，其一为PVC材料，其二为PET材料。

（6）底座板（片式产品专用）

构成V-CHIP产品的必要部件，将特制电容器组装在底座板上构成表面贴装元器件。

2.电解电容器的分类

按阀门金属种类分类，可分为铝电解电容器、钽电解电容器和钽铌合金电解电容器。

按电解质状态分类，可分为液体（湿式）电解电容器和固体电解质电容器。

按阳极呈现的状态分类，可分为箔式卷绕型电解电容器和烧结型电解电容器。

按正负极引出方式分类，可分为引线型、牛角型、焊片型、螺栓型和表面贴状型（V-CHIP）。

按特性分类，可分为通用型、宽温型、长寿命型、双极型、低漏电流型、低阻抗型（LOWESR）、高频特低阻抗型、耐高纹波型和缩体型。

按高度分类，可分为5mm高度产品（微型）、7mm高度产品（超小型）和11mm高度以上的产品。

按用途分类，可分为通常用途电容器、节能灯整流器用电容器、闪光灯用电容器、电机启动用电容器、音频网络用电容器、校正用电容器、高保真音响用电容器、空调器用电容器、变频器用电容器、功率因数校正（P.F.C）线路用电容器、逆变器用电容器和充电器/充磁器用电容器等。

3.铝电解电容器的特点

（1）结构特点

两个电极有正、负极性之分。它的介质是利用电化学技术在金属铝的表面形成一层极薄的氧化膜（Al₂O₃），不同于薄膜电容铝，电解电容器的阴极是电解液（它附着在铝箔表面），它是铝电解电容器的血液，没有它电容器就没有容量。

（2）电气性能的特点

比率容量大：意味着在同容量的情况下它的体积小。

耐压高：Al₂O₃介质膜能承受极高的工作电场强度。一般E_AL=600kV/mm，E_纸介=200～300kV/mm，E_陶瓷=20～30kV/mm。

有自愈作用：铝电解电容器内部含有电解液，它能提供氧离子（O^2-）在通电状态下自动修补Al₂O₃膜中的疵点和缺陷，提高了电容器的绝缘电阻和耐压，降低了漏电流。

（3）缺点

Al₂O₃膜的厚度有一定的限制，也决定了其耐压最高为500V左右；有单相导电性，使用过程中务必看清正负极，不能接反；绝缘质量差，主要表现在漏电流方面，寿命有一定限制，因为电容器长时间使用后电解液会受电容器的密封程度影响而干枯。

4.关于铝电解电容器的选用

电路设计师在电路设计时正确选择铝电解电容器是确保线路正常工作的必要条件。如何利用价值工程理论选择好铝电解电容器，做到既经济又可靠，需要综合考虑多方面因素。

（1）线路工作的环境温度考虑

这时要考虑电容器承受负载的大小、周围是否有发热源、满载时电容器的温升有多高、机芯通风散热状况等。环境温度通常是85℃，温度高时可以考虑选用105℃或125℃电容器。这要结合整机使用寿命要求和电容器在各种实际使用温度下的寿命来考虑选用。

（2）电容器在电路上承受的纹波电流考虑

电容器在电路中起滤波、旁路、耦合作用，使用过程中电容器的电压状态是在直流电压上叠加有交流脉冲电压（纹波电压），在这种情况下流过电容器两端的交流电称为脉冲电流，即纹波电流。当工作温度小于额定温度时，额定纹波电流可以加大，但过大的纹波电流会大大缩短电容器的耐久性。当纹波电流超过额定值时，它所引起的内部发热每升高5℃，电容器的寿命将减少50%。因此当要求电容器具有长寿命性能时，控制与降低纹波电流尤其重要。但在实际设计过程中，电解电容器的纹波电流由于受变频器输入/输出各物理量变化以及控制方式等的影响，很难直接计算得到，一般多根据实际经验估算大小，如每微法电容器要求20mA纹波电流之类的经验值，或者通过计算机仿真来估算。

下式可以用来初步推算电容的纹波电流

式中，I_o，rms为流经电容器的有效电流值；m为调制比；φ为逆变器输出电压与电流的相角差；定义直流母线电压的脉动率为 ；f_R为整流输出脉动频率；t_c和t_dc分别代表母线电容的充、放电时间。

由此可见直流母线电容电流的纹波与变频器输入电压和频率、输出电流、负载功率因数、PWM调制比、电容量、允许直流电压脉动率等因素密切相关。

（3）寿命考虑

铝电解电容器的寿命是有限的，所谓元器件寿命是指元器件在规定条件下工作到某一时刻时其性能超过规定的允许值，此时刻称为寿命时间。

加速寿命推算方法：10℃两倍法则，也就是说温度每增加10℃，电容器寿命将缩短一半，此法则的前提是35℃至最高使用温度的范围内。

推算公式为

式中，L₁为T₁时寿命小时数；L₂为T₂时寿命小时数；T₁为最高使用温度叠加纹波电流发热引起的温升之和（℃）；T₂为推算寿命的环境温度加纹波电流发热引起的温升之和（℃）；A为加速系数，A≈2（35℃至最高环境温度范围内适用）。

（4）电容器工作电压的考虑

电容器必须在标称工作电压下使用，超压使用会使电容器的寿命缩短。这里有两方面的考虑，首先是发热因素，其次是内部打火击穿。

（5）脉冲电压频率的考虑(www.daowen.com)

通常频率一般在40kHz以下，高频一般是100kHz左右，目前出现一些特高频场合使用，如200kHz。在高频情况下使用时必须选用耐高频的电容器，如高频低阻抗电容器，要选最低谐振频率高的电容器。

如果脉冲电压过高则会导致电容器阴极容量衰减，同时电容器的容量也衰减，还会使阴极打火导致击穿。

（6）电容器尺寸方面的考虑

在空间允许的情况下尽可能选体积大一些的电容器（它可以做得耐压高一点，阻抗小些，同时散热面积也大）对电容器寿命有好处；在直径受限制的情况下尽可能选高度大一些（高度大的电容器内部箔片长度将缩短，损耗角变小），这样电容器高频特性好。

（7）特殊要求

线路工作环境和内在有特殊要求时可与电容器设计师沟通，以开发满足特殊要求的特规电容器。

（二）薄膜电容器

薄膜电容器是以金属箔当电极，将它和聚乙酯、聚丙烯、聚苯乙烯或聚碳酸酯等塑料薄膜从两端重叠后，卷绕成圆筒状结构的电容器。而依塑料薄膜的种类又被分别称为聚乙酯电容（又称Mylar电容）、聚丙烯电容（又称PP电容）、聚苯乙烯电容（又称PS电容）和聚碳酸电容。图5-56所示为一种比较典型的膜电容结构图。

1.薄膜电容器的分类比较

薄膜电容器由介质、电极、电极过渡、引出线、封装和印章标志等部分组成。

按介质分类，可分为聚酯膜和聚丙烯膜等。

按结构分类，可分为卷绕式、叠片式和内串式。

图5-56 典型膜电容结构图

按电极分类，可分为金属箔、金属化（铝金属化、铝锌金属化）和膜箔复合结构。

按电极引出方式分类，可分为径向和轴向。

按封装方式分类，可分为盒式和浸渍型。

按用途分类，可分为通用（直流）、脉冲、抑制电源电磁干扰和精密等。

2.选择薄膜电容器时需考虑的因素

（1）电压

薄膜电容器的选用取决于施加的最高电压，并受施加的电压波形、电流波形、频率、环境温度（电容器表面温度）和电容量等因数的影响。使用前请先检查电容器两端的电压波形、电流波形和频率（在高频场合，允许电压随着电容器类型的不同而改变，详细资料请参阅说明书）是否在额定值内，特别要注意偶发性的脉冲电压。当环境温度大于额定温度，小于上限温度时，电压应降额使用，降额幅度为

聚酯电容：1.25%×额定电压/摄氏温度

聚丙烯电容：（2.0%～2.5%）×额定电压/摄氏温度

（2）工作电流

通过电容器的脉冲（或交流）电流等于电容量C与电压上升速率的乘积，即I=Cdu/dt。由于电容器存在损耗，在高频或高脉冲条件下使用时，通过电容器的脉冲（或交流）电流会使电容器自身发热而有温升，将会有热击穿（冒烟、起火）的危险。因此，电容器安全使用条件不仅受额定电压（或类别电压）的限制，而且受额定电流的限制。额定电流被认为是由击穿模式决定的脉冲电流（即由du/dt指标所限制的）和连续电流（以峰-峰值或有效值表示）组成。当使用时，必须确信这两个电流都在允许范围之内。

（3）阻燃性

除PPS材料外，目前使用的有机薄膜电介质不是阻燃材料，尽管在薄膜电容器外封装中使用了耐火性阻燃材料——阻燃环氧树脂或阻燃塑壳（UL94V-O级），但外部的持续高温或火焰仍可使电容器芯子变形而使外封装破裂，导致电容器芯子熔化或燃烧。

（4）抑制电源电磁干扰用电容器

当在电源线路中使用电容器来消除噪声时，不仅仅只有正常电压，还会有异常脉冲电压（如闪电）发生，这可能会导致电容器冒烟或者起火。所以，跨线电容器的安全标准在不同国家有严格规定。应使用经过安全认证的MKP62、MKP61、CBB62型电容器，不推荐将直流电容器用作跨线电容器。

（5）电容器充放电

由于电容器充放电电流取决于电容量和电压上升速率的乘积，即使是低电压充放电，也可能产生大的瞬间充放电电流，这可能会导致电容器性能的损害，比如说短路或开路。当进行充放电时，应串联一个20～1000Ω/V或更高的限流电阻，将充放电电流限制在规定的范围内。当多个薄膜电容器并联进行耐电压测试或寿命测试时，应为每个电容器串联一个20～1000Ω/V或更高的限流电阻。

3.薄膜电容器的发展趋势

薄膜电容器的按用途可分为通用（直流）、交流与脉冲、抑制电源电磁干扰、精密和交流（电机起动、电力等）五大类。

塑料薄膜作为电容器的介质，被正式使用以来已有40年以上的历史了。最初用于电子设备的聚酯薄膜、聚碳酸酯薄膜、聚苯乙烯薄膜是以代替纸介的形式进入实用化的。目前常用的薄膜有聚酯膜和聚丙烯膜两种。

在新型薄膜材料方面，聚萘乙酯（Poly Ethylene Naphthalate，PEN）和聚苯酰硫（Poly Phenylene Sulfide，PPS）等耐高温的介质材料主要是针对表面安装薄膜电容器而开发的，但随着生产规模的扩大和成本的降低，PEN和PPS材料有可能也用于有引线的产品中。

提高介电常数ε，可以提高电容器的容积比，但ε值高，且机械性能、电气性能、价格等都能达到平衡的薄膜还不存在，因此对提高介电常数的研究没有多大进展。

在降低电极厚度t方面，从箔式结构电容器的5～7μm，减薄到金属化电容器的0.03～0.05μm。在减薄介质厚度d方面，对于低电压系列电容器，减小d可明显提高容积比。虽然PET已做到0.9μm（商品化）和0.6μm（试验室）的水平，但制约介质厚度减薄的瓶颈集中在金属化膜的蒸镀及电容器的制造工艺方面，目前较为经济、较为实用的薄膜厚度为1.2μm。对于中高电压系列的电容器，可通过提高薄膜介质本身的介电强度（单位厚度可承受的击穿电压），选用较薄介质厚度来提高容积比。

（1）通用类薄膜的电容器发展趋势

薄膜电容器是最古老的电子元器件之一，它经历了有感式、无感式、金属化、叠片式、表面安装等几个发展历程。

通用类薄膜电容器在小型化方面是最为活跃的一类，除了使用较薄的介质材料外，叠片式结构的开发对提高容积比也有贡献，此外，薄膜电容器的表面安装化也是一个发展方向。

叠片式薄膜电容器由于其体积小、抗脉冲能力强（du/dt值高）等优点，正在取代卷绕式薄膜电容器，而逐步成为薄膜电容器的主流产品。

表面安装薄膜电容器采用高温聚酯（polyester或Poly-Ethylene Terephthalate，PET）、PEN、PPS等耐高温的介质材料，采用叠片式结构，已有商品出售。但由于材料价格及制造技术的开发费用较高等因素，与表面安装陶瓷电容器（MLCC）相比，目前只在高电压系列和大容量系列中有优势，可以同MLCC竞争。

（2）交流与脉冲类薄膜的电容器发展趋势

这类电容器的是薄膜电容器的优势产品，除了部分高电压小容量陶瓷电容器外，这类电容器几乎全部采用薄膜电容器。这类电容器以聚丙烯膜电容器为主，部分高温场合采用叠片式聚酯膜电容器。

这类电容器的发展趋势是专用化，可根据用途进行专门设计。此外，高频率、高电压、大功率也是其发展趋势。

（3）抑制电源电磁干扰电容器的发展趋势

该类电容器分X类和Y类两种。

X类以薄膜电容器为主，这类电容器的发展趋势是：体积越做越小，电容量范围越做越宽。在小型化方面，采用安全金属化膜可以提高容积比，但成本较高，目前更倾向于提高薄膜的介电强度和改善工艺来减薄介质厚度。Y类以瓷介电容器为主，部分高性能的整机产品采用薄膜电容器。

（4）精密类电容器的发展趋势

这类电容器以聚丙烯膜精密电容器为主，其中小容量采用箔式电极，大容量采用金属化电极，有塑壳封装和轴向等多种形式。该类电容器的发展趋势是提高电容器的性能，使电容器更精密、更稳定、更可靠。

（5）交流电容器的发展趋势

交流电容器以聚丙烯膜电容器为主，该类电容器的发展趋势是提高电容器的可靠性和安全性。

总之，薄膜电容器的发展方向是“小型化、片式化、低成本、高电压、大功率、高精密、高可靠”。

（三）电容器的性能对比

不同的电容器，由于其结构和材料的不同，在电机驱动控制器中作为支撑电容的应用特点也就各不相同。表5-2列举了其应用的优缺点。

表5-2 电容器应用的优缺点