電解電容知識

1.鋁電解電容器的基本概要1.電容器的基本原理電容器的基本原理可以用圖1-1來描述當(dāng)在兩個(gè)正對的金屬電極上施加電壓時(shí)，電荷將據(jù)電壓的大小被儲存起來Q：電量(C)V:電壓(V)C：電容量(FC：電容器的電容量，可以由電極面積S[m2]，介質(zhì)厚度t[m]以及相對介電常數(shù)￡來表示C[F]=￡0?￡?S/t￡0：介質(zhì)在真空狀態(tài)下的介電常數(shù)(=8.85x10-12F/M)鋁氧化膜的相對介電常數(shù)為7~8，要想獲得更大的電容，可以通過增加表面積S或者減少其厚度t來獲得。表1-1列出了電容器中常用的幾種典型的介質(zhì)的相對介電常數(shù)，在很多情況下，電容器的命名通常是根據(jù)介質(zhì)所使用的材料來決定的，例如：鋁電解電容器、鉭電容器等。表1-1介質(zhì)相對介電常數(shù)介質(zhì)相對介電常數(shù)鋁氧化膜7?8陶瓷10?120薄膜樹脂3.2聚苯乙烯2.5云母6?8鉭氧化膜10~20雖然鋁電解電容器非常小，但它具有相對較大的電容量，因?yàn)槠渫ㄟ^電化學(xué)腐蝕后，電極箔的表面積被擴(kuò)大了，并且它的介質(zhì)氧化膜非常薄。圖1-2形象地描述了鋁電解電容器的基本組成。圖1-2

圖1-22電容器的等效電路電容器的等效電路圖可由下圖2電容器的等效電路電容器的等效電路圖可由下圖2表示圖2R1：電極和引出端子的電阻R2：陽極氧化膜和電解質(zhì)的電阻R3：損壞的陽極氧化膜的絕緣電阻D1：具有單向?qū)щ娦缘年枠O氧化膜C1：陽極箔的容量C2：陰極箔的容量L：電極及引線端子等所引起的等效電感量1-3基本的電性能1-3-1電容量電容器的由測量交流容量時(shí)所呈現(xiàn)的阻抗決定。交流電容量隨頻率、電壓以及測量方法的變化而變化。鋁電解電容器的容量隨頻率的增加而減小。和頻率一樣，測量時(shí)的溫度對電容器的容量有一定的影響。隨著測量溫度的下降，電容量會變小。另一方面，直流電容量，可通過施加直流電壓而測量其電荷得到，在常溫下容量比交流稍微的大一點(diǎn)，并且具有更優(yōu)越的穩(wěn)定特性。1-3-2Tan6（損耗角正切）在等效電路中，串聯(lián)等效電阻ESR同容抗1/wC之比稱之為Tan6，其測量條件與電容量相同。tan6=RESR/（1/wC）=wCRESR其中：RESR=ESR（120Hz）w=2nff=120Hztan6隨著測量頻率的增加而變大，隨測量溫度的下降而增大。阻抗（Z）：在特定的頻率下，阻礙交流電通過的電阻就是所謂的阻抗（Z）。它與容量以及電感密切相關(guān)，并且與等效串聯(lián)電阻ESR也有關(guān)系。具體表達(dá)式如下：

其中：Xc=l/wC=1/2nfCXL=wL=2nfL漏電流：電容器的介質(zhì)對直流電具有很大的阻礙作用。然而，由于鋁氧化膜介質(zhì)上浸有電解液，在施加電壓時(shí)，重新形成以及修復(fù)氧化膜的時(shí)候會產(chǎn)生一種很小的稱之為漏電流的電流，剛施加電壓時(shí)，漏電流較大，隨著時(shí)間的延長，漏電流會逐漸減小并最終保持穩(wěn)定。漏電流隨時(shí)間變化特征圖測試溫度和電壓對漏電流具有很大的影響。漏電流會隨著溫度和電壓的升高而增大。2.鋁電解電容器的壽命1.忽略紋波電流時(shí)的壽命推算一般而言，鋁電解電容器的壽命與周圍的環(huán)境溫度有很大的關(guān)系，其壽命可以由以下公式計(jì)算。其中，L：溫度T時(shí)的壽命LO：溫度TO時(shí)的壽命與溫度比較，降壓使用對電容器的壽命影響很小，可忽略不計(jì)。2.考慮紋波電流時(shí)壽命的推算疊加紋波電流，由于內(nèi)部等效串連電阻(ESR)弓I起發(fā)熱，從而影響電容器的使用壽命，產(chǎn)生的熱量可由下式計(jì)算P=I2R ..⑵I：紋波電流(Arms)R：等效串聯(lián)電阻(Q)由于發(fā)熱弓起的溫升其中，電容器中心的溫升(°C)I:紋波電流(Arms)R:ESR(Q)A:電容器的表面積(cm2)H:散熱系數(shù)(1.5~2.Ox1O-3W/cm2xC)上面公式（3）顯示電容器的溫度上升與紋波電流的平方以及等效串聯(lián)電阻ESR成正比，與電容器的表面積成反比，因此，紋波電流的大小決定著產(chǎn)生熱量的大小，且影響其使用壽命，電容器的類型以及使用條件影響著AT值的大小，般情況下，△TQC。下圖表示紋波電流引起的溫升的測量處測試結(jié)果：（1）.考慮到環(huán)境溫度和紋波電流時(shí)的壽命公式其中，Ld:直流工作電壓下的使用壽命（K=2,紋波電流允許的范圍內(nèi)）（K=4，超過紋波電流范圍時(shí)）TO：最高使用溫度T:工作溫度△T:中心溫升（2） 電容器工作在額定的紋波電流和上限溫度時(shí)，電容器的壽命可通過轉(zhuǎn)化（4）式得到，如下Lt般罔』譽(yù)）―—⑸其中，Lr：工作在額定紋波電流和最高工作溫度下的壽命（h）△T0:最高工作溫度下的電容器中心容許溫升。（3） 考慮紋波電流，環(huán)境溫度時(shí)可由（5）式得到下式：其中，10：最高工作溫度下的額定紋波電流（Arms）I：疊加的紋波電流（Arms）由于直接測量電容器的內(nèi)部溫升存在著困難，下表列出了表面溫度和內(nèi)部核心溫度的換算關(guān)系圖表2-1直徑?1012.5?161822253035中心/表面1.11.21.251.31.41.61.65壽命的推算公式，原則上適用于周圍環(huán)境溫度為+40°C到最高工作溫度范圍內(nèi)，但由于封口材料的老化等因素，實(shí)際的推算壽命時(shí)間一般最大為15年。表2-1表2-1壽命推算曲線)3電容器的串聯(lián)均衡電阻的計(jì)算：3-1回路展開圖兩個(gè)電容器(Cl,C2)相串聯(lián)，等效電路可用下圖來表示，均衡電阻RB的計(jì)算公式可表示如下rVWrWVh2D丿rVWrWVh2D丿以下是回路的有關(guān)已知條件：V2=V0(V1<V2)V=2aV0(a<1)R2=R1xb(b>1)(1)2推導(dǎo)［RB］的公式21根據(jù)電橋平衡可推算出下列的式子：3-2-2由已知條件可以推出下列公式：V2WV0(3)V1=V-V2(4)=2aV0-V2(4')3-2-3將(1,),(3)以及(4')代入(2)，可得

2abV0(R1+RB)=V2{b(R1+R2)+bR1+RB}2ab(Rl+RB)W2bRl+(l+b)RB因此，平衡電阻Rs可表示如下：1?X2bRL^-i7b-i⑸3-3舉例兩個(gè)400V470pF的電容器相串聯(lián)的情況下的平衡電阻的推導(dǎo)：（漏電流的標(biāo)稱值為1.88mA）L.88(mA)L.88(mA)=2.13(Kil)如果，a=0.8,印加電壓為400(V)x2x0.8=640(V)若b=2,R2=bR1=426(KQ),LC=0.94(mA).均衡電阻RB為：F汽2說心13(kQ)總訃if)?-]=扳汽總；冗余電壓鋁電解電容器先充電，再放電，而后再將兩引線短接，再將其放置一段時(shí)間后，兩端子間存在電壓上升的現(xiàn)象；由這種現(xiàn)象所引起的電壓稱之為再生電壓。下面介紹一下產(chǎn)生這種現(xiàn)象的過程。當(dāng)電壓施加在介質(zhì)之上時(shí)，在介質(zhì)內(nèi)部引起電子的轉(zhuǎn)移，從而在介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電場，其方向與電壓的方向相反，這種現(xiàn)象稱之為極化反應(yīng)。在施加電壓引起介質(zhì)極化后，如果兩端子進(jìn)行放電一直到端子間的電壓為零，而后將其開路放置一段時(shí)間后，一種潛在的電勢將出現(xiàn)在兩端子上，這樣就引起了再生電壓。再生電壓在電容器開路放置10~20天時(shí)達(dá)到峰值，然后逐漸降低，再生電壓有隨元件變大而增大的趨勢（基板自立形）如果電容器在產(chǎn)生再生電壓后，兩端子短路，瞬間高電壓放電可能引起組裝線上的操作員工的恐懼感，并且，有可能導(dǎo)致一些低壓驅(qū)動元件（如CPU,存儲器等）被擊穿的危險(xiǎn)，預(yù)防出現(xiàn)這種情況的措施是在使用前加100Q~1KQ的電阻進(jìn)行放電，或者在產(chǎn)品包裝中用鋁箔覆蓋引起兩端子間短路。鋁電解電容器的使用注意事項(xiàng)1、電路設(shè)計(jì)（1）在確認(rèn)使用及安裝環(huán)境時(shí)，作為按產(chǎn)品樣本設(shè)計(jì)說明書上所規(guī)定的額定性能范圍內(nèi)使用的電容器，應(yīng)當(dāng)避免在下述情況下使用：a） 高溫（溫度超過最高使用溫度）b） 過流（電流超過額定紋波電流）c） 過壓（電壓超過額定電壓）d） 施加反向電壓或交流電壓。e） 使用于反復(fù)多次急劇充放電的電路中。另：在電路設(shè)計(jì)時(shí)，請選用與機(jī)器壽命相當(dāng)?shù)碾娙萜?。?）電容器外殼、輔助引出端子與正、負(fù)極以及電路板間必須完全隔離；（3） 當(dāng)電容器套管的絕緣不能保證時(shí)，在有絕緣性能特定要求的地方請不要使用；（4） 請不要在下述環(huán)境下使用電容器：a） 直接與水、鹽水及油類相接觸、或結(jié)露的環(huán)境；b） 充滿有害氣體的環(huán)境（硫化物、H2S03、HN02、C12、氨水等）；c） 置于日照、03、紫外線及有放射性物質(zhì)的環(huán)境；d） 振動及沖擊條件超過了樣本及說明書的規(guī)定范圍的惡劣環(huán)境；（5）在設(shè)計(jì)電容器的安裝時(shí)，必須確認(rèn)下述內(nèi)容：a） 電容器正、負(fù)極間距必須與線路板孔距相吻合；b） 保證電容器防爆閥上方留有一定的空間；c） 電容器防爆閥上方盡量避免配線及安裝其他元件；d） 電路板上，電容器的安裝位置，請不要有其他配線；e） 電容器四周及電路板上盡量避免設(shè)計(jì)、安裝發(fā)熱元件；（6）另外，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須確認(rèn)以下內(nèi)容：a） 溫度及頻率的變化不至于引起電性能變化；b） 雙面印刷板上安裝電容器時(shí)，電容器的安裝位置避免多余的基板孔和過孔；c） 兩只以上電容器并聯(lián)連接時(shí)的電流均衡；d） 兩只以上電容器串聯(lián)連接時(shí)的電壓均衡。2．元件安裝（1）安裝時(shí)，請遵守以下內(nèi)容：a） 為了對電容器進(jìn)行點(diǎn)檢，測定電氣性能時(shí)，除了卸下的電容器，裝入機(jī)器中通過電的電容器請不要再使用；b） 當(dāng)電容器產(chǎn)生再生電壓時(shí)，需通過約1KQ左右的電阻進(jìn)行放電；c） 長期保存的電容器，需通過約1KQ左右的電阻加壓處理；d） 確認(rèn)規(guī)格（靜電容量及額定電壓等）及極性后，再安裝；e） 不要讓電容器掉到地上，掉下的電容器請不要再使用；f） 變形的電容器不要安裝；g） 電容器正、負(fù)極間距與電路板孔距必須相吻和；h） 自動插入機(jī)的機(jī)械手力量不宜過大；（2）焊接時(shí)，請確認(rèn)下面內(nèi)容：a） 注意不要將焊錫附著在端子以外；b） 焊接條件（溫度、時(shí)間、次數(shù)）必須按規(guī)定說明執(zhí)行；c） 不要將電容器本身浸入到焊錫溶液中；d） 焊接時(shí)，不要讓其他產(chǎn)品倒下碰到電容器上；（3）焊接后的處理應(yīng)不產(chǎn)生以下的機(jī)械應(yīng)力：a） 電容器發(fā)生傾倒、扭轉(zhuǎn)；b） 電容器碰到其他線路板；c） 使其它物體碰撞到電容器；（4）電容器不要用洗凈劑洗凈，不過，在有必要洗凈的情況下對電容器進(jìn)行洗凈，必須在產(chǎn)品規(guī)格書規(guī)定的范圍內(nèi)進(jìn)行；（5）對有必要洗凈的電容器，洗凈時(shí)，須確認(rèn)下列內(nèi)容：a） 洗凈劑污染管理（電導(dǎo)率、PH值、比重、水分等）；b） 洗凈后，不能保管在洗凈液環(huán)境中及密閉容器中，要采用（最高使用溫度以下的）熱風(fēng)干燥印刷電路板及電容器，使之不殘留洗凈液成分。（6）不使用含鹵素的固定劑、樹脂涂層劑。（7）使用固定劑、涂層劑時(shí)，請確認(rèn)以下內(nèi)容：a） 電路板與電容器之間，不能殘留焊接殘?jiān)拔酃?；b） 固定劑、涂層劑吸附前，盡可能不殘留洗凈成分，進(jìn)行干燥處理，使印刷孔不堵塞；c） 固定劑、涂層劑熱硬化條件，按規(guī)定說明書要求執(zhí)行。組裝使用（1）組裝使用中，請遵守以下內(nèi)容：電容器的端子間不要直接接觸，另外，不要讓導(dǎo)體物質(zhì)引起正負(fù)極短路；（2）請確認(rèn)所安裝電容器所處環(huán)境a） 不要與水或油污接觸或處于結(jié)露狀態(tài)b） 不要讓日光、03、紫外線及放射線直接照射到電容器上c） 不要處于充滿有害氣體的環(huán)境（硫化氫、亞硫酸、亞硝酸、氨水、Cl2等）d） 震動及沖擊不要超過樣本或規(guī)格說明中規(guī)定值；保守點(diǎn)檢工廠企業(yè)用的電容器，必須定期點(diǎn)檢，定期點(diǎn)檢項(xiàng)目包括外觀檢查及電性能的測試；意外情況（1） 組裝使用過程中，如電容器防爆閥打開，請切斷組裝主電源或拔下電源線插頭；（2） 電容器防爆閥動作時(shí)，因有超過100°C高溫氣體噴出，臉不要接近。噴出的氣體進(jìn)入眼睛時(shí)，立即用水清洗眼睛。不要嘗電容器的電解液，電解液濺到皮膚上時(shí)，用肥皂清洗；熏蒸處理當(dāng)組裝