電解電容的結構原理與性能參數(shù)

電解電容的結構原理與性能參數(shù)TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"電解電容概略： 2\o"CurrentDocument"〔電解〕電容的作用： 2\o"CurrentDocument"電解電容的結構原理： 3\o"CurrentDocument"電解電容特點： 3\o"CurrentDocument"電解電容分類： 3\o"CurrentDocument"5.1鋁電解電容器 3\o"CurrentDocument"5.2鉭電解電容器 4\o"CurrentDocument"5.3其它電解電容器 4\o"CurrentDocument"電解電容功用參數(shù)： 5\o"CurrentDocument"6.1標稱電容量 5\o"CurrentDocument"6.2額外任務電壓 5\o"CurrentDocument"6.3正切損耗角 5\o"CurrentDocument"6.4漏電流 6\o"CurrentDocument"6.5紋波電流和紋波電壓 6\o"CurrentDocument"6.6阻抗和ESR 6\o"CurrentDocument"6.7溫度特性 7\o"CurrentDocument"6.8運用壽命 7\o"CurrentDocument"影響鋁電解電容功用的要素： 8\o"CurrentDocument"7.1溫度對參數(shù)功用的影響 8\o"CurrentDocument"7.2運用時間對參數(shù)功用的影響 8\o"CurrentDocument"7.3貯存時間對參數(shù)的影響 8\o"CurrentDocument"電解電容實驗本卷須知： 911電解電容概略首先，在深化學習了解電解電容之前，我們必需給電容下個定義，這里我征引一位IT界資深硬件專業(yè)人士萬鵬先生的一個定義：電容就是兩塊導體之間夾雜著一塊絕緣體而構成的一種電子元器件。從物理學上講，它是一種靜態(tài)電荷存儲介質(zhì)〔就像一只水桶一樣，你可以把電荷充存出來，在沒有放電回路的狀況下，并且不思索介質(zhì)漏電和自放電效應，電荷會永世存在，這是它的特征〕，它的用途較廣，它是電子、電力范圍中不可缺少的電子元件。電容的產(chǎn)量占到全球電子元器件產(chǎn)量的40%以上。基本上一切的電子產(chǎn)品，外面都有電容的存在。電容是兩塊導體〔陰極和陽極〕夾雜著一塊絕緣體〔介質(zhì)〕構成的電子元器件。因此，電容首先依照介質(zhì)來分類。依據(jù)介質(zhì)的不同，可將電容分為三大類：無機介質(zhì)電容、無機介質(zhì)電容和電解電容。這里，我們著重研討電解電容。假設說電容是電子元器件中最重要和不可取代的元件的話，那么電解電容器又在整個電容產(chǎn)業(yè)中占據(jù)了半壁江山。我國電解電容年產(chǎn)量300億只，且年平均增長率高達30%，占全球電解電容產(chǎn)量的1/3以上。大家別小看電解電容，它其實是一個國度的工業(yè)才干和技術水平的反映。世界上最先進的電解電容的設計和消費國是美國和日本，頂級的電解電容器的消費工藝要求十分高，別看我國電解電容產(chǎn)量這么高，可是各項中心技術都掌握在其它國度手里，我國也就能算來料加工的〝世界工廠〞而已，自主力氣還很單薄，并且消費的產(chǎn)品也都以高檔的為主。因此，關于電解電容的研討，具有十分重要的意義?！搽娊狻畴娙莸淖饔茫弘娙莸挠猛臼侄啵饕腥缦聨追N：隔直流：作用是阻止直流經(jīng)過而讓交流經(jīng)過；退耦：為交流電路中某些并聯(lián)的元件提供低阻抗通路，將不需求的交流信號去掉；耦合：作為兩個電路之間的銜接，允許交流信號經(jīng)過并傳輸?shù)较乱患夒娐?；溫度補償：針對其它元件對溫度的順應性不夠帶來的影響停止補償，改善電路的動搖性；計時：電容器與電阻器配合運用，確定電路的時間常數(shù)；調(diào)諧：對與頻率相關的電路停止系統(tǒng)調(diào)諧，比如手機、收音機、電視機；濾波：電源電路中將交流電壓濾成平滑的直流電壓減小負載電路的紋波攪擾；儲能：貯存電能，用于必需要的時分釋放。例如相機閃光燈。有極性電解電容器通常在電源電路或中頻、低頻電路中起電源濾波、退耦、信號耦合及時間常數(shù)設定、隔直流等作用。普通不能用于交流電源電路，在直流電源電路中作濾波電容運用時，其陽極〔正極〕應與電源電壓的正極端相銜接，陰極〔負極〕與電源電壓的負極端相銜接，不能接反，否那么會損壞電容器。電解電容的結構原理：電解電容器通常是由金屬箔〔鋁/鉭〕作為正電極，金屬箔的絕緣氧化層〔氧化鋁/鉭五氧化物〕作為電介質(zhì)。電解電容器以其正電極的不同分為鋁電解電容器和鉭電解電容器。鋁電解電容器的負電極由浸過電解質(zhì)液〔液態(tài)電解質(zhì)〕的薄紙/薄膜或電解質(zhì)聚合物構成；鉭電解電容器的負電極通常采用二氧化錳。由于均以電解質(zhì)作為負電極〔留意和電介質(zhì)區(qū)分〕，電解電容器因此得名。電解電容特點：電解電容器特點一：單位體積的電容量十分大，比其它種類的電容大幾十到數(shù)百倍。電解電容器特點二：額外的容量可以做到十分大，可以隨便做到幾萬“甚至幾〔但不能和雙電層電容比〕電解電容器特點三：價錢比其它種類具有壓倒性優(yōu)勢，由于電解電容的組成資料都是普通的工業(yè)資料，比如鋁等等。制造電解電容的設備也都是普通的工業(yè)設備，可以大規(guī)模消費，本錢相對比擬低。我們公司常用的電解電容型號為：CD11K系列〔廣州市廣宏佳電子〕KM系列〔深圳中怡達電子〕CDVS系列〔常州華威電子〕CD268系列〔海門市三鑫電子有限責任公司〕電解電容分類：鋁電解電容器鋁電解電容器是將附有氧化膜的鋁箔和浸有電解液的襯墊紙，與陰極箔疊片一同卷繞而成。鋁電解電

容器分為有極性和無極性兩種結構，其外形封裝有管式和立式等，電極引出方式有軸向型、同向型〔單向〕

和螺栓式，外殼有紙殼、鋁殼和塑料殼。鋁殼電解電容器外面還套有藍色或黑色、灰色的塑料套，下面標

注有型號、電容量、耐壓值及允許誤差等。鋁電解電容器普遍運用于家用電器和各種電子產(chǎn)品中，其容量范圍較大，普通為1~1OOO“F甚至更高，額外任務電壓范圍為6.3?450V。其缺陷是介質(zhì)損耗、容量誤差較大〔最大允許偏向為+100%、-20%〕，耐高溫性較差，寄存時間長容易失效。莊恕電癢嵌莊恕電癢嵌?貝撮堀貂?正檄始箱Ah05鉭電解電容器鉭電解電容器有無極性鉭電解電容器和有極性鉭電解電容器之分。有極性鉭電解電容器的陽極〔正極〕資料采用金屬鉭資料，與鋁電解電容器相比，其介質(zhì)損耗小，頻率特性好，耐高溫，漏電流小，但消費本錢高，耐壓值低，普遍運用于通訊、航天、軍工及家用電器上種中、低頻電路和時間常數(shù)設置電路中。依據(jù)鉭電解電容器陽極結構的不同，又可分為箔式鉭電解電容器和鉭粉燒結式鉭電解電容器兩種。箔式鉭電解電容器箔式鉭電解電容器也稱液體鉭電解電容器，外部采用卷繞芯子，陰極〔負極〕為液體電解質(zhì)，介質(zhì)為氧化鉭，較鋁電解電容器的氧化膜介質(zhì)動搖性高，壽命長。箔式鉭電解電容器通常采用銀外殼，封裝方式為管式軸向型或立式柱型。常用的國產(chǎn)箔式鉭電解電容器有CA30、CA31、CA35、CAK35等系列。鉭粉燒結式鉭電解電容器這種電容器的陽極〔正極〕是用顆粒很細的鉭粉壓塊后燒結而成的，其任務電解質(zhì)分為固體電解質(zhì)和非固體電解質(zhì)。常用的國產(chǎn)鉭粉燒結式鉭電解電容器有CA40、CA41、CA42、CA42H、CA49、CA70〔無極性〕等系列。焊于矩塊的矩絲CA42H、CA49、CA70〔無極性〕等系列。焊于矩塊的矩絲二氧化錯（固體電解険H—方墨—韋艮環(huán)氧厠脂層'區(qū)點、五氧化二矩<脣應怯J其它電解電容器5.3.1鈮電解電容器鈮電解電容器是用鈮金屬作為陽極〔正極〕，介質(zhì)為氧化鈮。按其陽極結構可分為燒結式鈮電解電容器和箔式鈮電解電容器。任務電解質(zhì)也有固體和非固體之分。鈮電解電容器的功用僅次于鉭電解電容器，但優(yōu)于鋁電解電容器。5.3.2鈦電解電容器和鉭-鈮合金電解電容器鈦電解電容器是用鈦金屬作為陽極〔正極〕，介質(zhì)為氧化鈦。鉭-鈮合金電解電容器的陽極〔正極〕是用鉭-鈮合金粉燒結而成，介質(zhì)為其外表上的氧化膜。電解電容功用參數(shù)：電路系統(tǒng)功用的動搖牢靠，與選用的元器件參數(shù)、等級、質(zhì)量等親密相關。電路中運用的鋁質(zhì)電解電容普通用于電源平滑濾波，除容量、耐壓、容量誤差、任務溫度、封裝尺寸等熟知的參數(shù)外，還有兒個有關電容器質(zhì)量的重要參數(shù)，包括損耗角正切、漏電流、等效串聯(lián)電阻ESR、允許的紋波電流、運用壽命等。這些參數(shù)不標在成品封裝外皮上，只在產(chǎn)品規(guī)格書中表達的，但這些參數(shù)有能夠是關系電路功用的關鍵。電解電容主要參數(shù)包括如下幾個局部：6.1標稱電容量在實踐電容選型中，對電流變化節(jié)拍快的中央要用容量較大的電容，但并非容量越大越好，首先，容量增大，本錢和體積能夠會上升，另外，電容越大充電電流就越大，充電時間也會越長。這些都是實踐運用選型中要思索的。電解電容國際規(guī)范電容量：luf；2.2uf；3.3uf；4.7uf；6.8uf；10uf；22uf；33uf；47uf；68uf；100uf；120uf；150uf；220uf；330uf；470uf；560uf；680uf；820uf；1000uf；1200uf；1500uf；2200uf3300uf……6.2額外任務電壓在規(guī)則的任務溫度范圍內(nèi)，電容臨時牢靠地任務，它能接受的最大直流電壓。在交流電路中，要留意所加的交流電壓最大值不能超越電容的直流任務電壓值。電容在電路中實踐要接受的電壓不能超越它的耐壓值。在濾波電路中，電容的耐壓值不要小于交流有效值的1.42倍。另外，還要留意的一個效果是任務電壓裕量的效果，普通來說要在15%以上。例如某電容的額外電壓是50V，雖然浪涌電壓能夠高至63V，但普通最高只會施加42V電壓。讓電容器的額外電壓具有較多的余裕，能降低內(nèi)阻、降低漏電流、降低損失角、添加壽命。雖然說48V的任務電壓運用50V的鋁電解電容短時間不會出現(xiàn)效果，但運用久了，壽命就有能夠降低。常用的固定電容任務電壓有4V；6.3V；10V；16V；25V；35V；50V；63V；100V；160V；200V；250V；350V；400V；450V；500V；630V。6.3正切損耗角電容器在電場作用下消耗的能量，通常用損耗功率和電容器的無功功率之比，即損耗角的正切值表示。在電容器的等效電路中，串聯(lián)等效電阻ESR同容抗1/sC之比稱之為Tan5〔即：tan5=ESR/(1/wC)=wC*ESR〕這里的ESR是在120Hz下計算取得的值。顯然，Tan6隨著測量頻率的添加而變大，隨測量溫度的下降而增大。損耗角越大，電容器的損耗越大，損耗角大的電容不適于高頻狀況下任務。散逸因數(shù)dissipationfactor(DF)存在於一切電容器中，有時DF值會以損失角tan6表示，此參數(shù)愈低愈好。DF值是高還是低，就同一品牌、同一系列的電容器來說，與溫度、容量、電壓、頻率都有關系；當容量相反時，耐壓愈高的DF值就愈低。此外溫度愈高DF值愈高，頻率愈高DF值也會愈高。6.4漏電流電容器的介質(zhì)對直流電流具有很大的阻礙作用。但是，由于鋁氧化膜介質(zhì)上浸有電解液，在施加電壓時，重新構成的以及修復氧化膜的時分會發(fā)生一種很小的稱之為漏電流的電流。通常，漏電流會隨著溫度和電壓的降低而增大。它的計算公式大致是I=KXCV。漏電流I的單位是UA,K是常數(shù)。普通來說，電容器容量愈高，漏電流就愈大。從公式可得知額外電壓愈高，漏電流也愈大，因此降低任務電壓亦可降低漏電流。6.5紋波電流和紋波電壓在有的資料中稱作漣波電流和漣波電壓。紋波電流通常是指加在電解電容上的電壓〔直流偏壓〕中的交流成分惹起的電流。假定加在電解電容上的電壓沒有直流偏壓，那么紋波電流就等于流過電容的交流電壓。在紋波電流的影響是惹起電解電容發(fā)熱。所以評價紋波電流有兩種方法，一種是測量電容的溫升，另外一種是測量紋波電流自身紋波電壓等于紋波電流與ESR的乘積。當紋波電流增大的時分，即使在ESR堅持不變的狀況下，紋波電壓也會成倍提高。換言之，當紋波電壓增大時，紋波電流也隨之增大，這也是要求電容具有更低ESR值的緣由。疊參與紋波電流后，由于電容外部的等效串連電阻〔ESR〕惹起發(fā)熱，從而影響到電容器的運用壽命。普通的，紋波電流與頻率成正比，因此低頻時紋波電流也比擬低。額外紋波電流是在最高任務溫度條件下定義的數(shù)值。而實踐運用中電容的紋波接受度還跟其運用環(huán)境溫度及電容自身溫度等級有關。規(guī)格書目通常會提供一個在特定溫度條件下各溫度等級電容所可以接受的最大紋波電流。甚至提供一個詳細圖表以協(xié)助運用者迅速查找到在一定環(huán)境溫度條件下要到達某希冀運用壽命所允許的電容紋波量。此電流關系到電解電容的帶載溫升，在電容壽命計算時分，在不測量電解電容中心點溫度的狀況下，可以經(jīng)過此紋波電流來估量電容的設計壽命。6.6阻抗和ESR一只電容器會因其結構而發(fā)生各種阻抗、感抗。ESR〔等效串聯(lián)電阻〕及ESL〔等效串聯(lián)

電感〕是一對重要參數(shù)。在特定的頻率下，阻礙交流電流經(jīng)過的電阻即為所謂的阻抗。它與電容等效電路中的電容值、電感值親密相關，且與ESR也有關系。電容的容抗在低頻率范圍內(nèi)隨著頻率的添加逐漸減小，頻率繼續(xù)添加到達中頻范圍時阻抗降至ESR的值。當頻率到達高頻范圍時感抗變?yōu)橹鲗?，所以阻抗是隨著頻率的添加而添加。開關電源中的輸入濾波電解電容器，其鋸齒波電壓頻率高達數(shù)十kHz，甚至是數(shù)十MHz,這時電容量并不是其主要目的，權衡高頻鋁電解電容優(yōu)劣的規(guī)范是〝阻抗-頻率〞特性，要求在開關電源的任務頻率內(nèi)要有較低的等效阻抗，同時關于半導體器件任務時發(fā)生的高頻尖峰信號具有良好的濾波作用。ESR ESL陽扱Cc 1T陽扱Cc陰扱其中：CA為陽極電容；Cc為陰極電容；RP為等效漏電阻電阻；ESR為等效串聯(lián)電阻；ESL為等效串聯(lián)電感；D為等效穩(wěn)壓管。6.7溫度特性電解電容的容量值并在一切任務條件下都原封不動，其受溫度的影響極為清楚。這是由于電解液的粘性會隨著溫度的下降而添加，從而削弱了其傳導特性。普通地，此特性曲線在低電壓等級的電容器件上更顯得峻峭。一些高溫運用電容之所以有著較好的高溫表現(xiàn)及顛簸的特征曲線是因其運用了特別的電解液配方。相關于AC電容量而言，DC電容量的溫度特征曲線會更陡峭些。6.8運用壽命首先要明白一點，鋁電解電容一定會壞，只是時間效果。影響電容壽命的緣由有很多，過電壓，逆電壓，高溫，急速充放電等等，正常運用的狀況下，最大的影響就是溫度，由于溫度越高電解液的揮發(fā)損耗越快。需求留意的是這里的溫度不是指環(huán)境或外表溫度，是指鋁箔任務溫度。廠商通常會將電容壽命和測試溫度標注在電容本體。因電容的任務溫度每增高10°C壽命減半，所以不要以為2000小時壽命的鋁電解電容就比1000小時的好，要留意確認壽命的測試溫度。每個廠商都有溫度和壽命的計算公式，在設計電容時要參照實踐數(shù)據(jù)停止計算。需求了解的是要提高鋁電解電容的壽命，第一要降低任務溫度，在PCB上遠離熱源，第二思索運用最高任務溫度高的電容，當然價錢也會高一些。

電解電容的最基本壽命公式〔MTBF〕，應以紋波電流為基準。假設施加電流未超越廠商資料中規(guī)則的紋波電流值，那么以以下公式計算■XL=L*2*T"x心T）■X2110假設施加電流超越廠商資料中規(guī)則的紋波電流值，那么依以下公式計算T-T -ATL=L*2*亠x*2*——■2i 10 5其中:L2：L1：廠商目錄提供的電容估量運用壽命（小時）T1：其中:L2：L1：廠商目錄提供的電容估量運用壽命（小時）T1：電容器之額外最高任務溫度TX：△Tx：電容器實踐運用時的周圍溫度TX：△Tx：電容器實踐運用時由于紋波電流而發(fā)生的外部熱溫升，通常以△Tx=5*—來表ins示?其中Iin：為實踐運用時的紋波電流大小（rms值）；Is:為資料提供的紋波電流值。當然，不同的消費廠家，會提供不同點計算公式。這個公式僅供參考。影響鋁電解電容功用的要素：7.1溫度對參數(shù)功用的影響溫度上升，電解質(zhì)內(nèi)離子運動速度加快，同時穿過氧化膜的離子數(shù)添加招致漏電流添加。但溫度降低后也使電解質(zhì)的粘度增加，因此外部等效串聯(lián)電阻增加，招致?lián)p耗tan8減小，電容量添加。反之，溫度下降時，漏電流增加，外部串聯(lián)電阻增大招致?lián)p耗添加，電容量增加。在溫度很低時，電解質(zhì)能夠近于凝結，這時tan8變得十分大，而容量那么很小，致使電容器失效。7.2運用時間對參數(shù)功用的影響在長時間的運用進程中，鋁電解電容器的氧化膜會加厚，招致漏電流增加，電容量下降，同時由于電容器發(fā)熱，會使電解液的水會蒸發(fā)致使電解液粘度增大，甚至干枯，串聯(lián)電阻上升，招致?lián)p耗tan8變得十分大，而容量那么很小，致使電容器失效。7.3貯存時間對參數(shù)的影響鋁電解電容器經(jīng)臨時貯存，未加電壓，其氧化膜會在電解液的微弱的溶解力作用下逐突變薄，因此容量、漏電流都會添加，而耐壓那么減低。這將招致電容在臨時閑置存儲后初始運用時會發(fā)生一個遠超出額外數(shù)值的漏電流〔在最后一分鐘內(nèi)，此數(shù)值能夠會到達額外數(shù)值的100倍左右〕。雖然此電流將會回落到正常的額外值，但在運用電路設計中要思索產(chǎn)品臨時閑置后大漏電流的沖擊接受才干—例如電路中設計中的其它與此相關的電路參數(shù)能否可以接受此沖擊。所以，貯存日久的鋁電解電容器不能立刻便用，必需先加一低電壓停止賦能，使其氧化膜逐漸失掉修復后電容器的功用才趨于動搖。電解電容實驗本卷須知：留意直流電解電容的正負極。假設正負極接反，將發(fā)生異常電流，招致電路短路，甚至損壞器件自身。假設不確定正負極性，就要運用直流雙極電解電容。直流電容不能運用在交流電路中。在額外電壓范圍內(nèi)運用假設電容兩端電壓超越其額外電壓，急劇添加的漏電流將招致電容特性的好轉(zhuǎn)或器件的損毀。在需求快速充放電的電路中不要運用電解電容假設在需求快速充放電的場所運用電解電容，那么電容發(fā)熱將招致電容特性好轉(zhuǎn)甚至損壞。在額外紋波電流下運用假設紋波電流超越其額外紋波電流，電容壽命將延長，在極端狀況下，其外部發(fā)熱會將其燒毀。在這種電路中，要運用高紋波類型的電解電容。電容特性隨著操作溫度的改動。電解電容的特性將會隨著溫度的改動而改動。這種改動是暫時的，而且在初始溫度下，依然堅持其初始特性〔假設在長時間的高溫下，其特性還沒有好轉(zhuǎn)的話〕。假設運用溫度超出其規(guī)則的溫度范圍，添加的漏電流將損壞電容器件。設計中，要留意諸多要素對電容溫度的影響，比如說周邊溫度的影響，設備的外部溫度的影響，電路單元中其他發(fā)熱器件的熱輻射影響，還有電容自身由于紋波電流而惹起的發(fā)熱發(fā)生的影響。普通狀況下，標注的靜電電容是在20°C,120Hz下的值。這個值會隨著溫度的降低而添加，隨著溫度的降低而降低。通常，標注的正切損耗角〔tan8〕也是在20C，120Hz下的值。這個值隨著周邊溫度的降低而降低，隨著周邊溫度的降低而降低。漏電流隨著溫度的降低而添加，隨著溫度的降低而增加。電容特性隨著頻率的變化當任務頻率改動是，電解電容的特性會隨之改動。通常，電解電容的值是20C，120Hz下的值。該值隨著頻率的添加而添加。異樣，正切損耗角〔tan8〕也是20C，120Hz下的值，隨著頻率的添加而添加。特性阻抗通常是20C,100Hz下的值。它將隨著頻率的降低而添加。鋁電解電容的壽命當鋁電解電容的特性好轉(zhuǎn)到致其失效時，它的壽命也就終止了。溫度和紋波電壓是影響其壽命的兩個重要要素。參見東佳索引。存儲進程