电容器是电子产品中不可或缺的基本组件，主要用于旁路和去耦。根据电容类型及其应用的不同，有的很容易老化、故障或失效。
检测失效的电容很简单，有时只需要通过目视检查即可，但更多情况下则需要使用LCR表(电感(L)、电容(C)和电阻(R))来查找故障。本文介绍在维修过程中最常遇到电解、聚酯(MKT)和多层片式陶瓷电容(MLCC)等类型电容发生的故障情况。
让我们从四种测试参数加以考虑：直流(DC)电阻、温度、电容、等效串联电阻(ESR)、耗散因数(D)和相位角(θ)。
去耦电容与旁路电容
“去耦电容”(decoupling capacitor)和“旁路电容”(bypass capacitor)这两个名词经常被互换使用，而且它们的功能重叠，容易导致混淆。实际上，它们的用途类似，但在电路中的应用可能影响所使用的名称。
去耦电容：去耦电容主要用于隔离一部分的电路，为交流(AC)信号提供低阻抗路径，同时阻断DC。它通常放置在IC或其他敏感组件附近，以稳定本机电源并减少电流需求波动而引起的噪声。
旁路电容：旁路电容用于阻隔高频噪声到接地，防止其影响其他电路的性能；其位置通常横跨电源线，以滤除电路产生的高频噪声。
因此，去耦电容和旁路电容都有助于降低噪声和稳定电源，但其所强调的目的或特定情境可能会影响使用哪个词汇。在实际应用中，您可能会发现人们交替使用这些术语，而且在许多情况下，单个电容可能会在特定电路中同时发挥去耦和旁路的功能。
MLCC故障检测
多层片式陶瓷电容有各种不同的形状和尺寸，但我们在组件中看到的大多是表面贴装器件(SMD) MLCC电容(图1)。这些类型的电容既可用于去耦，也可用于旁路。
图1：多层片式陶瓷电容(MLCC)
这些电容器的故障比较容易检测，因为它们大多会短路接地(主要用于芯片附近电源轨的去耦)或显示非常低的电阻，因此故障的MLCC会消耗大量电流并产生热量。根据以往的经验，有4种简单的方法可以发现MLCC电容故障：
我们从在二极管模式下使用万用表查找短路开始(图2)。首先尝试找出故障的电容，并拆焊一、两个电容，以测试短路是否消失。如果找不到故障电容，则需要尝试第二种方法，即使用IR摄像机。通常，您应该在IR摄像机上安装一个微距镜头，对焦至一个较小区域，以检测微型组件，如MLCC电容。IR摄像机的唯一缺点是价格昂贵，因此可以使用第三和第四种方法。
图2：使用万用表(二极管模式时)，以便于测试MLCC电容
第三和第四种方法遵循相同的程序，但化学材料不同。在这两种方法中，您都应该用松香烟雾或冷冻喷雾覆盖PCB板(可疑区域)。您应该针对可疑电容器(供电轨)的正极引脚施加低电压(大多数情况下不高于1.2V)和高电流脉冲，看看哪些电容会熔化松香或冰(图3)。
图3：组件上有一层松香膏
这些方法的缺点是PCB板轨道可能会被大电流损坏或熔化，因此您应该注意施加电流的位置和时间。
如果您处理模拟电路/射频(RF)阶段，而且认为某些MLCC电容可能是故障来源(由于电容值的偏移)，那么您应该取得原理图和组件值，否则可能难以猜测原始电容值实际情况。
电解电容故障检测
电解电容器是电子设备故障/异常行为的常见原因，尤其是在电源部分。请依照下列步骤辨识或检测电解电容器的故障：
目视检查：查看是否出现爆炸、膨胀隆起的迹象或是化学物质渗漏。在尚未进行任何检测的情况下，这些电容就是坏的，那就必须更换(图4)。
图4：电解电容器有膨胀的迹象，肯定是故障情况
使用LCR表：如果目视检查没有发现任何问题，并不表示电容器没有问题！您需要使用LCR测量仪来测量电容的参数。
根据LCR表的类型，您可以设定所需的频率或将选择开关置于适当的电容范围。所测得的电容应保持在+/-20%的公差范围内，否则，就需更换电容(如果电容低于20%)。图5显示了这样的电容。
图5：一个22uF-400V电耗损失了超过20%的电容值(13uF)
重要提示：测量电容必须使用LCR表，而不是万用表或类似仪器，因为电容必须以AC方式测量，最好是以较小的DC偏置进行，而不是像大多数万用表一样以纯DC模式来计算电容的充放电时间来测量。
即使电容值在范围内，仍然不表示电容没问题！请设定LCR表来测量ESR。根据经验，基本上ESR值越低，电容器就越好。ESR取决于电容的频率、尺寸和制造质量，但是，如果您不想查找电容的数据表，维修经验和一些参考表格可以为您提示一个良好的ESR值。图6显示了这样一个表格。
图7显示了一个22uF-400V的不良电容，其电容值尚可接受，但ESR值却非常高。图8也显示一个100uF-25V电容，其电容值良好，但ESR却比正常值高出约2-3倍。
图6：电解电容的典型ESR值参考表
图7：ESR值偏高，但电容值(22uF-400V)尚可接受
图8：ESR值偏高，但电容值(100uF-25V)仍可接受
为了找到合适的测量频率，请设定LCR表以测量电容的相位角。相位角也是电容健康的指标，应尽可能接近-90度，但任何高于78-80的值都是可以接受的。因此，只需要选择相位角值接近-90度的频率即可。100Hz/120Hz是测试等于和高于10uF电解电容的合适频率。
实际上，ESR测量几乎涵盖了所有故障情况，但是，您也可以将耗散因数和相位角视为发现故障电容器的指标。图9显示了一个10uF-16V电容器，其ESR值在某种程度上是可以接受的(我会因为ESR而更换这个电容器)，但耗散因数也显示这个电容并不好。图10显示了10uF-16V新电容的耗散因数。
图9：ESR不算差，电容也没问题，但耗散因数(10uF-16V)超出范围
图10：新型10uF-16V电容的耗散因子
重要问题：我可以测试电路中的电解电容吗？这要视情况而定，但没有什么比在电路外测试电容更可靠的了，因此真空拆焊工具是任何维修人员的必备工具！
维修提示：位于高纹波电压路径上的电解电容器，例如整流器之后或开关电源(SMPS)输出端，以及靠近热区域(例如电源芯片旁边)都较容易故障。请先检查它们！
重要注意事项：在测试之前，请务必先将电容放电(例如使用功率电阻或传统灯泡)。LCR表是一种灵敏的工具，适用于小信号。
聚酯/MKT电容故障检测
聚酯/MKT电容较不易发生故障。如果目视检查没有发现任何线索(如烧焦、爆炸、泄漏…等)，则可遵循上述电解电容的相同程序进行操作。图11显示一个470nF-275VAC MKT电容，所有参数都没问题(ESR、相位角、耗散因数等)，但电容值已损失超过50%。我在检查一台LG冰箱的逆变器电路板时，在其预整流阶段(靠近共模扼流圈处)发现了这个问题。
图11：电容损失超过50%，但ESR (470nF-275VAC MKT)良好
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