电容耐压测试方法

电解电容器的耐压测试方法
电解电容器耐压测试及应用
电容的耐压，表示电容在一定条件下连续使用所能承受的电压。

如果加在电容上的工作电压超过额定电压，电容内部的绝缘介质就有可能被击穿，造成极片间短路或严重漏电。

因此，电容的工作电压不能大于其额定耐压，以保证电路可靠工作。

对于电解电容器，漏电流是性能指标中重要的一项。

电解电容的漏电流与电压的关系密切，漏电流随工作电压的增高而增大。

当工作电压接近阳极的赋能电压时，漏电流会急剧上升。

通过测试电解电容的漏电电流，可以推算出它的极限耐压和额定耐压，对于电路中电容耐压的取值，有直接的参考意义。

根据这个原理，笔者设计并制作了～款电容耐压测试仪，其线路简单、成本低廉、制作容易，较好地解决了业余条件下电容耐压测试的问题。

变压器T1和T2型号相同，背靠背对接，提供高低压两组电源，并起到隔离作用。

低压的经整流滤波后，由R1、DWl、Q1、Ral～Ral 1组成电流可调的恒流源。

高压的经整流滤波后由Rbl～RblO、DW2分压，Q2输出可调的直流电压。

使用时选择合适的电压Uc和电流Jc，将被测电容接到Cxa、Cxb两点上，此时会看到电压表指针缓慢偏转，达到一定的位置后静止，指针所指的电压即为该电容在漏电电流为lc时所承受的耐压。

波段开关K3、K4（各单挡11位）分别是测试电压和电流（即漏电流）选择开关，其测试量程如表1所示。

表2为测试电路中的元件清单。

一、测试电路的使用方法
1.将测试电压调到比电容额定电压高一些的挡位。

如测试35V的申容。

可将挡位放到64V，测试50v的电容，可将挡位放到64M或96V.挡位高一些对测试结果影响不大，只是挡位越高，三极管Q1的功耗相应会大一些。

2.选择合适的测试电流。

测试电流应根据电容容量来选择，容量越大测试电流也越大。

对于4700μF以上的电容，可选择大于10mA的测试电流；对于1000～4700μF的电，容，可选择5mA左右的测试电流：对于10μF以下的电容，可选择0.2～1mA的测试电流。

3.红色鳄鱼夹接电容正极，黑色鳄鱼夹接电容负极。

接好后看到电压表指针先匀速缓慢偏转。

正常情况下偏转位置应超过额定电压，当达到某一值时其指针偏转变慢，并且越来越慢，最终静止下来，此时电容的漏电流等于Q1集电极的恒流电流，电压表所指示的电压，为此电容在漏电电流为Ic时所承受的耐压，可粗略认为是该电容的极限耐压。

4.测试完毕后将开关K2闭合，待电容放电后取下。

表3是利用附图的测试电路测量的部分电解电容器的产品实例。

二、测试经验总结
1.电容容量越大，测试电流（漏电流）也应相应变大。

国产的铝电解电容器，在额定电压6.3～450V，标称容量10～680μF时，漏电流可按下列公式计算：I≤（KxCxU）／1000公式中：I为漏电流（mA）；K为系数（20℃±5℃时，K=O.03）；U为额定工作电压（V）；C为标称容量（μF）；
2.由于电解电容器只能单向工作，如将电解电容正负端接反测试，在5mA电流下测试其电压会极低，大约只有4V左右。

3.长期不用的电解电容器，由于氧化膜的分解，容量、耐压都有一定的衰减，在第一次使用时，应先加低压（1／2额定耐压）老化一段时间（等效电解电容器的赋能）。

4.同样的容量和耐压的电解电容器，其体积较大、分量较重的一般耐压性能更好些；同样的容量和耐压的电解电容器，其相同的测试电流，电压指针偏转快的，漏电流较小。

5.正品电解电容极限耐压一般为其额定电压的120％左右。

6.当工作电压高于额定电压时，电容就较容易击穿。

因此选用电解电容时，应使额定电压高于实际工作电压，并要预留一定的余量，以应付电压的波动。

一般情况下，额定电压应高于实际工作电压的10％～20％，对于工作电压稳定性较差的电路，可酌情预留更大的余量。

7.使用本电路测试电解电容器，不会造成电容的损坏。

三、测试电路的改进
1.由于没有购买到合适的电压表头，DC250V以上挡不能指示。

如果能够换成DC320v表头就比较理想。

表头量程也不宜太大，否则会降低分辨率，用这样的表头去测试低耐压电容时，会造成读数偏差太大。

2.为了取得更准确的测试电压，可将Rbl～Rbl0分压电阻换成相应稳压值的稳压管（加限流电阻）或多圈精密可调电阻。

3.V1若换成数字式电压表，电压读数将更加直观、精确。

不过需另外加装一组DC5v浮动电源。

4.恒流电阻Ral～Rall，若用一只47∞电阻串联一只4.7kΩ多圈精密电位器代替后，其恒流值（1.1～12mA）可连续可调。

电容器的转换速率
电容器的转换速率受以下因素影响。

下面以音响中常用的两类电容--电解电容和无极性电容分别予以介绍。

1.电解电容（1）电容量电容量大，相对来说转换速率较低。

一些耦合、退耦用的电解电容，以小容量多只并联，或并联小容量无极性电容的方法来提高中高频的转换速率已属常见。

（2）电极与电解质电解电容电极上的活性物质以及电解质也会影响其转换速率。

（3）导电性能
电解质的导电能力越强，转换速率越高。

优秀电容器的转换速率都比较高。

从其正切损耗值就可以看出，损耗越大，表示它越跟不上信号的高速变化。

由于活性物质频频的极性转换，其损耗能量引起发热，还会影响寿命，一些质量差的电解电容还会发热"爆炸"。

2.无极性电容（1）分布电感
采用叠片方式的电容比采用卷绕方式电容的电感小，所以采用叠片方式电容器的转换速率高，高频响应好，但卷绕方式生产过程容易，故市面上的电容以卷绕方式多见。

一些质量较好的电容采用多个小容量电容并联以减少分布电感。

（2）导体的电阻
现在有些无极电容为减少体积及降低成本，往往在介质上镀上一层金属作电极，这层金属材料和厚度都会影响导电。

因为电容是靠充放电工作去"传递"信号，所以导体的电阻越小，电流越畅顺，瞬态反应就越好，导体电阻引起的相移也越小，传递信号的畸变也越小。

近年采用无极电容做胆前级的电源滤波电容也越来越多见。

变频器过电压的原因及其对策
变频器用铝电解电容器：WH系列WH系列产品目录书
变频器在调试与使用过程中经常会遇到各种各样的问题，其中过电压现象最为常见。

过电压产生后，变频器为了防止内部电路损坏，其过电压保护功能将动作，使变频器停止运行，导致设备无法正常工作。

因此必须采取措施消除过电压，防止故障的发生。

由于变频器与电机的应用场合不同，产生过电压的原因也不相同，所以应根据具体情况采取相应的对策。

过电压的产生与再生制动
所谓变频器的过电压，是指由于种种原因造成的变频器电压超过额定电压，集中表现在变频器直流母线的直流电压上。

正常工作时，变频器直流部电压为三相全波整流后的平均值。

若以380V线电压计算，则平均直流电压Ud=1.35U线=513V。

在过电压发生时，直流母线上的储能电容将被充电，当电压上升至700V左右时，（因机型而异）变频器过电压保护动作。

造成过电压的原因主要有两种：电源|稳压器过电压和再生过电压。

电源过电压是指因电源电压过高而使直流母线电压超过额定值。

而现在大部分变频器的输入电压最高可达460V，因此，电源引起的过电压极为少见。

本文主要讨论的问题是再生过电压。

产生再生过电压主要有以下原因：当大GD2（飞轮力矩）负载减速时变频器减速时间设定过短；电机受外力影响（风机、牵伸机）或位能负载（电梯、起重机）下放。

由于这些原因，使电机实际转速高于变频器的指令转速，也就是说，电机转子转速超过了同步转速，这时电机的转差率为负，转子绕组切割旋转磁场的方向与电动机状态时相反，其产生的电磁转矩为阻碍旋转方向的制动转矩。

所以电动机实际上处于发电状态，负载的动能被“再生”成为电能。

再生能量经逆变部续流二极管对变频器直流储能电容器充电，使直流母线电压上升，这就是再生过电压。

因再生过电压的过程中产生的转矩与原转矩相反，为制动转矩，因此再生过电压的过程也就是再生制动的过程。

换句话说，消除了再生能量，也就提高了制动转矩。

如果再生能量不大，因变频器与电机本身具有20%的再生制动能力，这部分电能将被变频器及电机消耗掉。

若这部分能量超过了变频器与电机的消耗能力，直流回路的电容将被过充电，变频器的过电压保护功能动作，使运行停止。

为避免这种情况的发生，必须将这部分能量及时的处理掉，同时也提高了制动转矩，这就是再生制动的目的。

过电压的防止措施
由于过电压产生的原因不同，因而采取的对策也不相同。

对于在停车过程中产生的过电压现象，如果对停车时间或位置无特殊要求，那么可以采用延长变频器减速时间或自由停车的方法来解决。

所谓自由停车即变频器将主开关器件断开，让电机自由滑行停止。

如果对停车时间或停车位置有一定的要求，那么可以采用直流制动（DC制动）功能。

直流制动功能是将电机减速到一定频率后，在电机定子绕组中通入直流电，形成一个静止的磁场。

电机转子绕组切割这个磁场而产生一个制动转矩，使负载的动能变成电能以热量的形式消耗于电机转子回路中，因此这种制动又称作能耗制动。

在直流制动的过程中实际上包含了再生制动与能耗制动两个过程。

这种制动方法效率仅为再生制动的30-60％，制动转矩较小。

由于将能量消耗于电机中会使电机过热，所以制动时间不宜过长。

而且直流制动开始频率，制动时间及制动电压的大小均为人工设定，不能根据再生电压的高低自动调节，因而直流制动不能用于正常运行中产生的过电压，只能用于停车时的制动。

对于减速（从高速转为低速，但不停车）时因负载的GD2（飞轮转矩）过大而产生的过电压，可以采取适当延长减速时间的方法来解决。

其实这种方法也是利用再生制动原理，延长减速时间只是控制负载的再生电压对变频器的充电速度，使变频器本身的20%的再生制动能力得到合理利用而已。

至于那些由于外力的作用（包括位能下放）而使电机处于再生状态的负载，因其正常运行于制动状态，再生能量过高无法由变频器本身消耗掉，因此不可能采用直流制动或延长减速时间的方法。

再生制动与直流制动相比，具有较高的制动转矩，而且制动转矩的大小可以跟据负载所需的制动力矩（即再生能量的高低）由变频器的制动单元自动控制。

因此再生制动最适用于在正常工作过程中为负载提供制动转矩。

再生制动的方法：
1．能量消耗型：
这种方法是在变频器直流回路中并联一个制动电阻，通过检测直流母线电压来控制一个功率管的通断。

在直流母线电压上升至700V左右时，功率管导通，将再生能量通入电阻，以热能的形式消耗掉，从而防止直流电压的上升。

由于再生能量没能得到利用，因此属于能量消耗型。

同为能量消耗型，它与直流制动的不同点是将能量消耗于电机之外的制动电阻上，电机不会过热，因而可以较频繁的工作。

2．并联直流母线吸收型：
适用于多电机传动系统（如牵伸机），在这个系统中，每台电机均需一台变频器，多台变频器共用一个网侧变流器，所有的逆变部并接在一条共用直流母线上。

这种系统中往往有一台或数台电机正常工作于制动状态，处于制动状态的电机被其它电动机拖动，产生再生能量，这些能量再通过并联直流母线被处于电动状态的电机所吸收。

在不能完全吸收的情况下，则通过共用的制动电阻消耗掉。

这里的再生能量部分被吸收利用，但没有回馈到电网中。

电容器降压原理
电容器降压原理综述：电容器降压的工作原理并不复杂。

他的工作原理是利用电容器在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制最大工作电流。

例如，在５０Ｈｚ的工频条件下，一个１ｕＦ的电容所产生的容抗约为３１８０欧姆。

当２２０Ｖ的交流电压加在电容器的两端，则流过电容的最大电流约为７０ｍＡ。

虽然流过电容的电流有７０ｍＡ，但在电容器上并不产生功耗，应为如果电容是一个理想电容，则流过电容的电流为虚部电流，它所作的功为无功功率。

根据这个特点，我们如果在一个１ｕＦ的电容器上再串联一个阻性元件，则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗完全取决于这个阻性元件的特性。

例如，我们将一个１１０Ｖ／８Ｗ的灯泡与一个１ｕＦ的电容串联，在接到２２０Ｖ／５０Ｈｚ的交流电压上，灯泡被点亮，发出正常的亮度而不会被烧毁。

因为１１０Ｖ／８Ｗ的灯泡所需的电流为８Ｗ／１１０Ｖ＝７２ｍＡ，它与１ｕＦ电容所产生的限流特性相吻合。

同理，我们也可以将５Ｗ／６５Ｖ的灯泡与１ｕＦ电容串联接到２２０Ｖ／５０Ｈｚ的交流电上，灯泡同样会被点亮，而不会被烧毁。

因为５Ｗ／６５Ｖ的灯泡的工作电流也约为７０ｍＡ。

因此，电容降压实际上是利用容抗限流。

而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。

采用电容降压时应注意以下几点：
１、根据负载的电流大小和交流电的工作频率选取适当的电容，而不是依据负载的电压和功率。

２、限流电容必须采用无极性电容，绝对不能采用电解电容。

而且电容的耐压须在４００Ｖ以上。

最理想的电容为铁壳油浸电容。

３、电容降压不能用于大功率条件，因为不安全。

４、电容降压不适合动态负载条件。

５、同样，电容降压不适合容性和感性负载。

６、当需要直流工作时，尽量采用半波整流。

不建议采用桥式整流。

而且要满足恒定负载的条件。

电源用电容器的选择
电容器是实现电源的宽范围电压和电流组合的最关键的无源元件之一。

尽管每种电容器都能储存电能，但对于特定的应用来说，电介质技术在电容器的选择中起着重要的作用。

电容器在电源中最重要的应用是在存储能量、浪涌电压保护、EMI抑制和控制电路等方面。

针对不同的应用领域，这些电介质技术彼此竞争或互为补充的关系。

储能储能型电容器通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。

电压额定值为40～450VDC、电容值在220～150000ΜF之间的铝电解电容器是较为常用的。

根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或其组合的形式，
对于功率级超过10KW的电源，通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容器。

要选择合适的电容值，需查看其额定直流电压、允许的电压波纹和充/放电周期。

但是，在选择用于该应用的电解电容器时，应当考虑以下参数。

典型电源中的电容器波纹电流为各个频率上的波纹电流的组合。

波纹电流的RMS（均方根）值决定了电容器的温升。

常见的一个错误是通过把各个频率上的波纹电流的平方值相加来计算RMS电流负载。

实际上，必须考虑到随着波纹频率的增加，电容器的ESR下降。

正确的做法是根据波纹因子的频率图估算出高频（到100HZ）
时的波纹电流。

采用估算的电流平方值来确定波纹电流。

这才是真实的电流负载。

由于环境温度决定着负载条件下的电容器寿命，因此，制造商们均精确定义了波纹电流负载、环境温度与概率寿命之间的关系。

在实际工作条件下，利用波纹电流负载和环境温度来确定概率寿命，而将公布的概率寿命作为绝对值。

浪涌电压保护开关频率很高的现代功率半导体器件易受潜在的损害性电压尖峰脉冲的影响。

跨接在功率半导体器件两端的浪涌电压保护电容器通过吸收电压脉冲限制了峰值电压，从而对半导体器件起到了保护作用，使得浪涌电压保护电容器成为功率元件库中的重要一员。

半导体器件的额定电压和电流值及其开关频率左右着浪涌电压保护电容器的选择。

由于这些电容器承受着很陡的DV/DT值，因此，对于这种应用而言，薄膜电容器是恰当之选。

在额定电压值高达2000VDC的条件下，典型的电容额定值在470PF～47NF之间。

对于大功率的半导体器件，如IGBT，电容值可高达2.2ΜF，电压在1200VDC的范围内。

不能仅根据电容值/电压值来选择电容器。

在选择浪涌电压保护电容器时，还应考虑所需的DV/DT值。

耗散因子决定着电容器内部的功率耗散。

因此，应选择一个具有较低损耗因子的电容器作为替换。

EMI/RFI抑制
这些电容器连接在电源的输入端，以减轻由半导体所产生的电磁或无线电干扰。

由于直接与主输入线相连，这些电容器易遭受到破坏性的过压和瞬态电压。

因此，世界上各个地区都推出了不同的安全标准，包括欧洲的EN132400，美国的UL1414和1283以及加拿大的CSAC22.2NO.0，1和8。

采用塑膜技术的X-级和Y-级电容器提供了最为廉价的抑制方法之一。

抑制电容器的阻抗随着频率的增加而减小，允许高频电流通过电容器。

X电容器在线路之间对此电流提供“短路”，Y电容器则在线路与接地设备之间对此电流提供“短路”。

根据所能承受的浪涌电压的峰值，对X和Y电容器还有更细的分类。

例如：一个电容值高达1ΜF的X2电容器的额定峰值浪涌电压为2.5KV，而电容值相近的X1电容器，其额定峰值浪涌电压则为4KV。

应根据负载断电期间的峰值电压来选择合适的干扰抑制电容器的级别。

如何选用滤波用电解电容
滤波电容在开关电源中起着非常重要的作用，如何正确选择滤波电容，尤其是输出滤波电容的选择则是每个工程技术人员都十分关心的问题。

50Hz工频电路中使用的普通电解电容器，其脉动电压频率仅为100Hz，充放电时间是毫秒数量级。

为获得更小的脉动系数，所需的电容量高达数十万μF，因此普通低频铝电解电容器的目标是以提高电容量为主，电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。

而开关电源中的输出滤波电解电容器，其锯齿波电压频率高达数十kHz，甚至是数十MHz，这时电容量并不是其主要指标，衡量高频铝电解电容器优劣的标准是“阻抗-频率”特性，要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗，同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。

普通的低频电解电容器在10kHz左右便开始呈现感性，无法满足开关电源的使用要求。

而开关电源专用的高频铝电解电容器有四个端子，正极铝片的两端分别引出作为电容器的正极，负极铝片的两端也分别引出作为负极。

电流从四端电容的一个正端流入，经过电容内部，再从另一个正端流向负载；从负载返回的电流也从电容的一个负端流入，再从另一个负端流向电源负端。

由于四端电容具有良好的高频特性，为减小电压的脉动分量以及抑制开关尖峰噪声提供了极为有利的手段。

高频铝电解电容器还有多芯的形式，即将铝箔分成较短的若干段，用多引出片并联连接以减小容抗中的阻抗成份。

并且采用低电阻率的材料作为引出端子，提高了电容器承受大电流的能力。

电容器的基础知识
基础知识电容器是一种储能元件，在电路中用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时。

电容器通常叫做电容。

1、电容器的分类（1）按照结构分三大类：固定电容器、可变电容器和微调电容器。

半可变电容：也叫做微调电容。

它是由两片或者两组小型金属弹片，中间夹着介质制成。

调节的时候改变两片之间的距离或者面积。

它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。

可变电容：它由一组定片和一组动片组成，它的容量随着动片的转动可以连续改变。

把两组可变电容装在一起同轴转动，叫做双连。

可变电容的介质有空气和聚苯乙烯两种。

空气介质可变电容体积大，损耗小，多用在电子管收音机中。

聚苯乙烯介质可变电容做成密封式的，体积小，多用在晶体管收音机中。

（2）按电解质分类：有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器和空气介质电容器等。

（3）按用途分有：高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合、小型电容器。

（4）按制造材料的不同可以分为：瓷介电容、涤纶电容、电解电容、钽电容，还有先进的聚丙烯电容等等
（5）高频旁路：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、涤纶电容器、玻璃釉电容器。

（6）低频旁路：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器。

（7）滤波：铝电解电容器、纸介电容器、复合纸介电容器、液体钽电容器。

（8）调谐：陶瓷电容器、云母电容器、玻璃膜电容器、聚苯乙烯电容器。

（9）低耦合：纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、涤纶电容器、固体钽电容器。

（10）小型电容：金属化纸介电容器、陶瓷电容器、铝电解电容器、聚苯乙烯电容器、固体钽电容器、玻璃釉电容器、金属化涤纶电容器、聚丙烯电容器、云母电容器。

2．常用电容的结构和特点铝电解电容：它是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极制成。

还需要经过直流电压处理，使正极片上形成一层氧化膜做介质。

它的特点是容量大，但是漏电大，误差大，稳定性差，常用作交流旁路和滤波，在要求不高时也用于信号耦合。

电解电容有正、负极之分，使用时不能接反。

有正负极性，使用的时候，正负极不要接反。

纸介电容：用两片金属箔做电极，夹在极薄的电容纸中，卷成圆柱形或者扁柱形芯子，然后密封在金属壳或者绝缘材料（如火漆、陶瓷、玻璃釉等）壳中制成。

它的特点是体积较小，容量可以做得较大。

但是有固有电感和损耗都比较大，用于低频比较合适。

金属化纸介电容：结构和纸介电容基本相同。

它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代替金属箔，体积小，容量较大，一般用在低频电路中。

油浸纸介电容：它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里，能增强它的耐压。

它的特点是电容量大、耐压高，但是体积较大。

玻璃釉电容：以玻璃釉作介质，具有瓷介电容器的优点，且体积更小，耐高温。

陶瓷电容：用陶瓷做介质，在陶瓷基体两面喷涂银层，然后烧成银质薄膜做极板制成。

它的特点是体积小，耐热性好、损耗小、绝缘电阻高，但容量小，适宜用于高频电路。

铁电陶瓷电容：容量较大，但是损耗和温度系数较大，适宜用于低频电路。

薄膜电容：结构和纸介电容相同，介质是涤纶或者聚苯乙烯。

涤纶薄膜电容，介电常数较高，体积小，容量大，稳定性较好，适宜做旁路电容。

聚苯乙烯薄膜电容：介质损耗小，绝缘电阻高，但是温度系数大，可用于高频电路。

云母电容：用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。

它的特点是介质损耗小，绝缘电阻大、温度系数小，适宜用于高频电路。

钽、铌电解电容：它用金属钽或者铌做正极，用稀硫酸等配液做负极，用钽或铌表面生成的氧化膜做介质。