电解电容的参数.docx

1、电解电容的参数浅谈电源滤波用电解电容梁中锷2005-08-25在音响组件中，电容器(capacitor)被广泛运用，平滑滤波、反交连、高频补偿、提供直流回授、隔阻直流、抑制米勒效应等，随处可见。但若依功能及制造材料、制造方法细分，那可不是一朝一夕能说得明白。所以缩小范围，本文只谈电解电容，而且只谈电源平滑滤波用的铝质电解电容。 每台音响机器都要吃电源除了被动式前级，既然需要供电，那就少不了将AC转换成DC的整流及滤波这两个动作。我们现在习用的滤波电容，正式的名称应是：铝箔干式电解电容器。就我的观察，除加拿大Sonic Frontiers真空管前级，曾在高压稳压线路中选用PP塑料电容做滤波外，其

2、它机种一概都是采用铝箔干式电解电容；因此网友有必要对它多做了解。 面对电源稳压线路中担任电源平滑滤波的电容器，你首先想到的会是什么？容量？耐压？电容器的封装外皮上一定有容量标示，那是指静电容量；也一定有耐压标示，那是指工作电压或额定电压。 工作电压(working voltage)简称WV，为绝对安全值；若是surge voltage(简称SV或Vs)，就是涌浪电压或崩溃电压;，超过这个电压值就保证此电容会被浪淹死小心电容会爆！根据国际IEC 384-4规定，低于315V时，Vs=1.15Vr，高于315V时，Vs=1.1Vr。Vs是涌浪电压，Vr是额定电压(rated voltage)。 电

3、容器的电荷能量是以QCV来表示，Q是库伦，C是静电容量，V是电压；故当电压值不变时，加大静电容量就能增高电荷能量。请注意，电容器的容量单位应是F(farad)，可是因计量太高造成数值偏低，故多改用F，1F=一百万F。国外也有用mF表示F，其实mF不十分贴切，但机械式打字机上没有键，故用m代表micro。 有了静电容量及工作耐压两个参数，若你正在选购电容，接下来你会考虑什么？直觉上是价钱。嗯，这个参数很重要，而且数值愈低愈佳。也有人先想到品牌，并坚持日本货打死不用还存着八年抗战情结？美国货也仅能排第二，瑞典或德国制造的才能排第一。嗯，这个参数也很重要。但既然谈到品牌，那就不能忽略系列型号；因为一

4、个制造厂会生产许多不同系列的产品，系列不同，品质及价格就会不同。OK，我们先整理一下，有关电源平滑滤波电容器的参数已知有：静电容量、额定工作电压、涌浪(崩溃)电压、价格、品牌、型号系列。 不应该只有小猫两三只，外型尺寸也应该很重要，因为与它相关的有重量及接脚型态，snap-in是插焊PC板式，少则两只接脚，体型大的还会多出1只或2只固定接脚；screw是锁螺丝式。至于重量，同容量同耐压，但品牌不同的两个电容做比较，重量一定不同；而外型尺寸更与机箱规划有关。有些电容不是全圆型，有点像是多角型，Philips、BHC都有这种看起来似乎很高级的系列。现在我们再整理一下，加上重量、外型尺寸、接脚型态已

5、有9个参数。 不要被体型大小欺骗！相同容量、相同耐压，不同厂商制造的电容器当然size不同。但同一家制造商，也不是大颗绝对优于小颗。举Siemens实例，4,700F/100V有好几种系列，B41306系列是40mm(直径)X70mm(长)，B41507系列则是40mmX50mm；后者的尺寸较小，但内阻低、电流大，价格比大颗的贵。外皮颜色？这是谁提出来的？很妙。因白色、黑色、蓝色塑料封装都有厂商在用，它有时也具有某些意义，例如日制黑底金字常代表高级for audio音响级电容。仅凭外观还能想到哪些？制造日期，9627就是1996年第27周出厂；近年来日制电容似乎逐渐有意省略制造日期的标示。但外

6、皮颜色及文字印刷不直接与品质有关，故仅加上制造日期参数。还有，别忘了适用工作温度，因为 105度C比85度C更适用于真空管机。若机器要摆在南极，最好选耐负55度C的品种。 容量误差也别遗漏，当采多颗并联，为求得单只特性均匀，误差当然是愈低愈佳。现在再加上工作温度及容量误差，咱们手上已有12个参数，对电容器应有三成以上了解。 请别会错意，电容的工作温度不是指环境或表面温度不管几度，封装塑料外皮都是一样，它是指铝箔工作温度，所以装管机选用85度C品种也绝对OK，只要将电容器远离管仔就会安全。 可是真正有关电容器品质的几个重要参数，却都只存在原厂规格书中，完全不会显露在成品封装外皮上，而这些重要参数

7、才是本文谈论的重点。 散逸因子损失角 散逸因子dissipation factor(DF)存在于所有电容器中，有时DF值会以损失角tan表示。想想，损失角，既有损失，当然愈低愈好。塑料电容的损失角很低，但铝电解电容就相当高。DF值是高还是低，就同一品牌、同一系列的电容器来说，与温度、容量、电压、频率等都有关系；当容量相同时，耐压愈高的DF值就愈低。举实例做说明，同厂牌同系列的10000F电容，耐压80V的DF值一定比耐压63V的低。所本刊选用滤波电容常会找较高耐压者，不是没有道理。此外温度愈高DF值愈高，频率愈高DF值也会愈高。 但许多电容器制造厂，在规格书上常不注明散逸因子DF值，因为数值甚

8、高很难看。以瑞典RIFA为例，其蓝色PHE-420系列是MKP塑料电容，它的DF值最低是0.00005，最高是0.0008。但白色顶级PEH169系列铝质电解电容，就未标示损失角规格。若真注明DF值，电解电容可能会是1.0000，小数点是在1的后面。 漏漏电流 哇！漏电！最好没有。可是没办法，铝电解电容在工作时一定会产生漏电流。 漏电流(leakage current)当然要低，它的计算公式大致是：IKCV。漏电流I的单位是A，K是常数，例如是0.01或0.03，每家制造厂会选择不同的常数。但不论如何，电容器容量愈高，漏电流就愈大。如果你有容量愈大平滑效果愈好的想法，这个漏电流也请考虑在内。从

9、计算式可得知额定电压愈高，漏电流也愈大，因此降低工作电压亦可降低漏电流。 但降低电容器的漏电流并不容易，低漏电流low leakage current-LL系列价格高昂，我曾向国内厂商订制一批低漏电流LL系列电容，价格比许多日本制造电容还贵。漏电流规格，铝电解电容就比钽电解电容高许多，钽质电容也有干式及湿式两种，不过它的容量及耐压都较低。 除特别定制外，面对一般品，想要降低它的漏电流可设法提高Vs对Vr的比值。Vs是涌浪电压，其值当然比Vr额定电压高，但施加电压(真正的工作电压)还应该比Vr低，例如取Vr的90；找高耐压品种可说是完全正确。 等效串联电阻ESR 一只电容器会因其构造而产生各种阻

10、抗、感抗，比较重要的就是ESR等效串联电阻及ESL等效串联电感这就是容抗的基础。电容器提供电容量，要电阻干嘛？故ESR及ESL也要求低低；但low ESR/low ESL通常都是高价、高级系列。 ESR的高低，与电容器的容量、电压、频率及温度都有关连，当额定电压固定时，容量愈大 ESR愈低。有人习用将多颗小电容并接成一颗大电容以降低阻抗，其理论是电阻并联阻值降低。但若考虑电容接脚焊点的阻抗，以小并大，不见得一定会有收获。 反过来说，当容量固定时，选用高WV额定电压的品种也能降低 ESR；故耐压高确实好处多多。频率的影响：低频时ESR高，高频时ESR低；当然，高温也会造成ESR的提升。 串联等效

11、电阻ESR的单位是m，高级系列电容常是low ESR及low ESL。若比较低内阻及低漏电流两种特性，则低内阻容易达成，故标示low ESR的电容倒很常见。ESR也与损失角有关联，ESRtan/(Cs)，Cs是电容量。 有时电容器规格上会有Z，它与ESR的意义不同，但Z的计算示与ESR有关，同时也考虑到容抗及感抗，是真正的内阻。刚才提到电容的ESR单位是m，那是指大电容，若是220F小容量电容，其ESR单位就不是m而是。何种电解电容器的ESR最低？答案只有一个：Sanyo的OS有机半导体电容！ 涟波电流Irac 前面谈到的散逸因子DF-损失角tan、漏电流、ESR-串联等效电阻等，其值都是愈低

12、愈好，但现在要提的涟波电流ripple current却是愈高愈好。特别是现在都特别讲究后级扩大机要有大电流输出，电源平滑滤波电容器的涟波电流Irac(或Iac)就显得格外突出。 涟波电流Irac的标示至少应有低频及高频工作时两种规格数字，低频大约是以120Hz做标准，高频大概是以 10KHz做标准，但不同制造厂商可能会有略微的差别。 涟波电流与频率刚好成正比，因此低频时涟波电流也比较低。可是对我们音响迷来说，低频段的Irac值才是重要。所以在采购电容器时，涟波电流数字高低是极为重要的依据。不要认定Screw锁螺丝式电容的涟波电流绝对比snap-in插PC板式来得高，以UCC电容为例，81DA

13、系列是插PCB式，32DA系列是锁螺丝式。但相同容量、耐压比较，81DA的ESR不但比32DA低，Irac却又比32DA高很多。 曾经有一种说法：RIFA的10,000F相当于其它厂牌15,000F，因为大部份日制电容的涟波电流都不高，而RIFA又特别高，故好像可以一个当两个用。德国Siemens、英国BHC电容，在Irac这项特性上也常优于日制品。就笔者所知，Irac最大的电容，是Siemens SIKOREL系列电容为最高，6,800F/63V就高达20A！若是小容量电容，Irac最大的是Sanyo OS电容。在计算机主机板CPU旁，有一排(大约6个)电容，不论是华硕、微星或技嘉，它们的d

14、emo板都是插满OS电容，但卖到市场上就改啦因OS电容很贵！ 就后级扩大机的动作来说，很多人会认定低频时吃电流。有个方法可以试：以电表直流电压(DCV)最低档量任一只射极电阻压降，最好是指针电表，播放唱片，将前级音量转大，注意电表指针的摆动，你就会发现低频固然会吃电流，四把吉它连弹也会猛吃电流！什么音乐最适合run-in后级扩大机？Holst的行星组曲第一曲MARS。 现在你应该已经明了六成以上，或许你想问：有没有体型不大，漏电低、ESR低、tan低、误差低、价格低，但涟波电流高、适用温度范围高的铝电解电容？嗯，没有！ 关于容量误差，近年来铝质电解电容颇有进步，以往是-20+40，现在大多是+

15、/-20。但其容量常偏而不是偏，故10,000F测量起来有可能会接近12,000F。 精确量取大容量电容器的静电容量，是我多年来一直想做的事。不要怀疑，这种测试仪器很难买到，美国曾制造过，可量至99,999F，并能同时显示DF值及 ESR值；而且电容量是100Hz、1KHz、10KHz三段（不是两段）频率测试的平均值。这种仪器国内市场曾出现过，小卖新台币十万元只差漏电流的测试。 额定工作电压的安全度，在我的标准是：至少理让15。例如某电容的额定电压是50V，虽然涌浪电压可能高至63V，但我最高只会施加 42V电压。让电容器的额定电压具有较多的余裕，能降低内阻、降低漏电流、降低损失角、增加寿命，

16、一举数得何乐不为？以前曾看过日制扩大机，48V工作电压配上10,000F/50V滤波电容；短时间内当然不会烧坏，但时日长久，寿命有可能降低，那就得更换新品或另购新机。所以日制品常有时间到了，该走了的宿命，你也不能指责它是偷工减料，毕竟做生意总要图利，若一辈子只能卖你一次，如何赚钱？ 谈到涟波电流，我最近在中国某DIY网站上看到一篇文章，作者认为RIFA电容的电流高过Siemens电容，并指称台湾和香港都搞错了。事实上，Siemens的Sikoreal电容绝对优于RIFA的PHE169白色电容，不仅Irac高，ESR也比较低。此人会这样胡说八道，应该是他有在销售RIFA电容，故以生意考量，只得贬

17、损Siemens电容。再举一实例：我曾经进过美国Mallory CGS系列33,000F/75V电容，体型很大，是香港人口中的大水塘。但Mallory高级系列是CGR，当初为何不进？太贵了。CGR的18,000F/75V，容量降低45%，但它的Irac更高！ESR更低！容量愈高哼声愈低？ 自己装，最讨厌的就是哼声除不掉。有人将滤波电容加大，哼声就没了。我是不十分相信，因扩大机的哼声常是因地回路不当引起，来自滤波电容微乎其微。但是理论上，容量愈高，电源平滑效果也就愈佳，所以大容量的做法，是许多设计者及DIY迷亦深信不疑。(或是采用LC滤波，在电容之前加串电感，以提高平滑滤波效果。) 因此不少后级

18、扩大机，特别是美国产品Krell、Mark Levinson，最爱采用大水塘大电容；丹麦的Dynaudio，连前级扩大机都用到十数万F之容量。至于AC & DC交直流，也比较倾向于大容量派，但尚适可而止。 可是也有不少名厂走低容量路子，例如美国Amcron有台 250W2专业后级扩大机，两声道合计500W，只用了2只8,200F小滤波电容器(好像是小了点？)。瑞士Goldmund算是Hi-End品牌，产品送到各杂志社试听，没有一个评论员胆敢说它坏，它的大后级就是采用小电容。瑞士FM Acoustics更是贵到毙，一台立体声后级后级可换一部Benz车。它的220W2专业后级，号称数十A电流输出，

19、本人亲眼得见，全机只使用2只10,000F/100V滤波电容。 大容量滤波电容与小容量滤波电容，两种理论基本上是对立的，但却同时存在于音响圈。以低容量论点设计扩大机，也可以完全没有哼声，而且低频表现也不比大水塘机差。重点是什么？Irac涟波电流。如果你如今还是满脑子的大容量，那你还不了解电解电容！ 给大家一个建议：组装后级若采用低容量滤波电容时，千万要配用高功率电源变压器。也就是瘦了电容器、肥了变压器，这可能就是扩大机好声的秘绝。以这几年详细之观察，后级扩大机若要好声，采用大功率电源变压器比采用大容量滤波电容有效多了。 一颗大的？多颗小的？ OK，有人放心不下，滤波电容坚持要大F那是找一个大的

20、，还是用十来个小的并接？又有人说用小颗并，不但内阻可以降低，反应速度也会也快，透明度及分辨率都比较好。 Mark Levinson及Krell的后级不是以小并大，但有谁认为它反应速度慢、不透明有雾？面对此问题，我自己都长期陷入迷阵中。就机箱规划来说，用多颗小电容并联似乎比较理想，而且进货量大价格也便宜，甚至前级、后级、综合机，都可采用同一种电容。 进口机与国产机的命运有些不同，当消费者面对数十万元进口机采用多颗小电容时，他会自我解释：这个很有道理；但面对国产品时，他可能会有另一套恶毒的说法：偷工减料！ 就音质表现，大水塘or小水塘、一颗大的or多颗小的，应该没有绝对关系。邓小平同志说得好：管它

21、黑猫、白猫，会捉老鼠的就是好猫。 制造厂牌也关乎品质特性，前述有人终其一生不用日制品。美国原本有两大电容器品牌Mallory及Sprague，现在 Sprague已成绝响，因为它被日本Nippon Chemi-con收购，且公司名称注册United Chemi-Con/简称UCC。但只要是仍在美国制造，外皮印有made in USA，商标更改与制造品质应无关联。 不过外界已有耳语：UCC比Sprague差，可能性如何？日本商社一旦接手，行销政策自然会大幅改变，为了提高出货量必得降低售价；但假格下滑也会导致品质下滑。询问本地代理商瑞普公司，UCC电容销售量比Sprague低，显示国内厂商有排斥U

22、CC的反映。若比较UCC及Sprague的规格特性，果然是一付Japanese模样体型大为缩水，原本40mm80mm的改成40mm50mm，价格可能较低廉，但ESR增加、Irac减小怎不令人掷笔三叹？ 你对日制品有疑虑？没办法，非但美国如此，德国也需要日本资金进入来个德日合作，Siemens就和松下Matsusita共同生产SM电容器，现在又改名Epcos。这种企业合并是未来趋势，几乎不可避免。RIFA也早就被EVOX吃下，EVOX是大集团，到处设厂，本刊SigEnd单端前级有用到1F电容，就是EVOX品牌，虽然自美国进口，但一付台制品模样。 储存及工作寿命 比起电阻、IC、晶体管、塑料电容这

23、些半永久性组件，铝电解电容的寿命就值得重视。一是储存年限，自然与寿命有关，1020年应无问题。存放过久的电容不宜立刻使用，利用power supply先将它aging(活化)；夹上端子，缓慢调整power supply电压，由低至高，最高可调至此电容的额定电压。 工作寿命就很难说得明白，所谓长寿命LL-long life电容，通常是表示涟波电流Irac稳定。前面曾谈到电容的Irac与工作温度及频率都有关，例如同是10KHz，40度C时是15A，85度C时是9A；15A/9A1.67。此数字就是电容的寿命因子（本人临时想出来的），数字愈高寿命愈低，数字愈接近1寿命愈长。 如果没记错，1.93表示

24、10万小时，1.85表示20万小时，故1.67至少50万小时！但电容器的主要功用是充、放电特性，因此不宜经常快速充、放电。有两个方法可有效延长电容器寿命：一是减少开机、关机次数，二是设法降低开机时的瞬间充电电流你听懂了吗？本刊也注意到此问题，故多年来都是这样做。 即令是如此，若问：到底是哪一种电容的音质较好？这也实在难以回答。基本上，不同品牌、系列的电容，它的声音表现自然也是不同。我个人不会日制品打死不用，只要处理得当，日制品也不输欧美货。多年前曾用过ELNA高级Cerafine音响级电容，它的ESR虽然低，但Irac也不高，装在amp.上，低频很厚实，可惜雾气较重，不够透明。但是并上spee

25、d-up小电容后，就豁然开朗。 故实际装配时，记得一定要在主滤波电容上加并speed-up小电容，此举至少会改善高频响应。数值是多少？最好是一大一小，大的1F、小的0.1F，MKP是最低要求。 有时并上小电容会发现助益不大，这可能是小电容未选对。RIFA的电解及塑料电容，若想加并speed-up，奉劝你不要找WIMA，建议各位试试MIT的PPFX-S锡箔或RTX系列0.1F。写这篇文章的同时，也留意各杂志的广告，美国Krell及加拿大Classe Audio的Hi-End后级新机种竟然都采用日本Nichicon电容做主电源平滑滤波！但各杂志评论员有谁胆敢说它差？！ 前级扩大机吃不了数百mA电流

26、，故滤波电容较易选择。高瓦数、高输出电流扩大机就很难伺候，此时滤波电容的Irac特性就要考虑在内。 对于滤波用电解电容，有几点值得网友注意：一、大致上来说，日制品的Irac比欧美品低；二、低漏电流比低ESR更重要；三、大滤波电容宜并接speed up小电容；四、尽量选高耐压电容；五、最顶级的电容，容量及耐压都不高，故有人认定数百瓦的大power通常声音粗糙，不是没有道理。 笔者不建议哪种电容最好，因为只要用得恰当，每种电容都可发出好声。至于刻意强调电容、电阻、焊锡、保险丝非xxx品牌不用的人，绝对是不懂线路结构的外行人！ 关于铝质电解电容的构造 电容器依其组件构造大致可分成：一、卷绕型，二、积

27、层型，三、电解型。而电解型又分铝质及钽质两类，铝质再分成液态电解质及固态电解质。若说液态电解质是铝箔湿式、固态电解质是铝箔干式，那就错了，因铝箔干式及铝箔湿式都是液态电解质电容。 铝质电解电容是以经过蚀刻的高纯度铝箔做为阳极，以其表面经阳极氧化处理之化成薄膜做为电介质，再以浸有电解液的薄纸或布做阴极。由于电解液是用吸浸式，故称铝箔干式电解电容。 何谓铝箔湿式？在电容器内直接加电解液例如硼酸胺乙二醇混合液，这种用手电容摇一摇还会发出流水声，瑞典RIFA的PEH169系列就是这种电容。 即使是欧洲名厂，做为阳极的铝箔也非自行生产，而是统一由某公司供应，就好像瑞士表厂甚多，但只有少数几家会做油心。大

28、约12年前意大利某公司无法正常供应阳极铝箔时，全球各名厂如Mallory/RIFA/Sprague或Rubycon/Philips就只得拖延交货脱时间，没原料怎么生产交货？至于吸浸电解液的纸，也绝非在一般文具店即可购得，最大供货商是在马来西亚。电解电容的特性将普通降低铝质电解电容的应用很广泛，时至2005下半年，却逐渐有符合环保要求的压力。以往冷气机使用的冷媒不环保，海龙灭火器也不环保，但改用环保材料后，原功能性是提升、维持or下降？唉，能维持不降就不错了。我办过杂志，有一种环保再生纸，但很少出版社愿意用，因为它不够白，绝对不能印SK-II广告；另一个原因是：它比处女纸还贵！现在有些电容器名厂，为因应环保，放弃旧材料采用新材料，同样容量、同样耐压比较，新材料的Esr比较高、Irac比较低！特性虽较差(内阻高、电流低)，但售价呢？TMD，竟然还比较贵！