用于冰凍電源的鋁電解電容器技術(shù)

用于冰凍電源的鋁電解電容器技術(shù)

1電解電容器應(yīng)用領(lǐng)域它是最有效的，最大的用量是不可替代的元件。鋁電解電容器已占據(jù)電解、陶瓷、有機(jī)薄膜三大電容器產(chǎn)量的半壁江山。國內(nèi)電解電容器的年產(chǎn)總量占全球的1/3。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和社會需求的提高,鋁電解電容器自身也在不斷改進(jìn)、完善和創(chuàng)新。目前,小型化、片式化和中高壓大容量鋁電解電容器的應(yīng)用領(lǐng)域正在不斷拓寬,需求量也越來越大。在此,介紹了用于冰箱電源的鋁電解電容器技術(shù)及其應(yīng)用原則。2鋁電解電容器電極鋁電解電容是采用特殊結(jié)構(gòu)和特殊工藝制造的電容器。它有兩個極板,分為陽(正)極和陰(負(fù))極,陽極是采用特定的閥金屬,并在該金屬表面上借助電化學(xué)方法生成一極薄且具有單向?qū)щ娦缘难趸ぷ鳛榻橘|(zhì);陰極是采用能生成和修復(fù)介質(zhì)氧化膜的液狀或固狀電解質(zhì)。通用鋁電解電容器的基本結(jié)構(gòu)為箔式卷繞型結(jié)構(gòu),陽極為鋁金屬箔,介質(zhì)是用電化學(xué)方法在陽極金屬箔表面上生成的閥金屬氧化膜AL2O3;陰極為多孔性電解紙所吸附的工作電解質(zhì)。圖1(a)為鋁電解電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。圖1(b)為鋁電解電容器的數(shù)字電路。圖1(b)中,R1為電極和引出端子的電阻;R2為陽極氧化膜和電解質(zhì)的電阻;R3為損壞的陽極氧化膜絕緣電阻;VD1為具有單向?qū)щ娦躁枠O氧化膜的二極管;C1為陽極箔的電容量;C2為陰極箔的電容;L為電極及引線端子等引起的等效電感。圖2給出鋁電解電容器的制造流程。3鋁電解電源的用途3.1直流電中性混雜利用整流器將交流電能改變?yōu)橹绷麟娔軙r,輸出的直流電中?；祀s著交流電。在整流電路之后接入一個較大容量的電解電容,利用其充放電特性,使整流后的脈動直流電壓變成相對較為穩(wěn)定的直流電壓。3.2電容器對放電的交流電流可由放電產(chǎn)生變化電容器接上直流電壓開始至充電完成為止,有電流流通,在充完電之后,電流不再流通。然而,接上交流電壓時,因充電與放電產(chǎn)生變化,所以交流電流可一直流通,即電容器阻止直流電流流通而允許交流電流流通。當(dāng)電氣負(fù)載需外加直流電壓而不允許有交流電壓存在時,只要在負(fù)載兩端并聯(lián)大容量的電容器即可。此時,交流電流幾乎不會通過負(fù)載而經(jīng)由電容器流通,負(fù)載幾乎不會承受交流電壓,這種用途的電容器稱之為旁路電容器。3.3電容器耦合耦合在低頻信號的傳遞與放大過程中,為防止前后兩級電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響,常采用電容器耦合。作為兩個電路之間的連接,允許交流信號通過,并傳輸?shù)较乱患夒娐?這種用途的電容器稱為耦合電容器。3.4電源的分配在電容器兩電極之間加上電壓,電容器就會從電源獲得電能,并加以儲存。利用這種特性,就能吸收電路中的沖擊電流,防止電氣接點(diǎn)出現(xiàn)火花,吸收電氣電路的沖擊波,具有保護(hù)作用。3.5阻的中和轉(zhuǎn)換成熱而消失節(jié)拍電容器充電后,若兩極之間接上負(fù)載電阻,則儲存的正負(fù)電會通過負(fù)載電阻的中和轉(zhuǎn)換成熱而消失掉。這種現(xiàn)象稱為放電。此時,放電電流很大,在瞬時轉(zhuǎn)換成熱能并產(chǎn)生瞬時大電量,這種瞬時大電量可用于點(diǎn)熔接、照相閃光、放電加工、電磁成形、磁化電源以及炸藥點(diǎn)火裝置等各種不同用途。4鋁電解電源的特性和分類4.1電容器面容量的設(shè)計(jì)鋁電解電容器的常用標(biāo)稱:電容量(C)指電容器上標(biāo)明的電容量值,即單位電壓下所儲存的電荷,是設(shè)計(jì)容量的名義值;損耗角正切(tanδ)指電容器電能量損耗的有功功率與無功功率之比;漏電流(μA)用來表征電解電容器的絕緣質(zhì)量;紋波電流(mA,r.m.s)指所承受的濾波電壓主要是直流電壓上疊加2倍工頻的交流電壓成分,考查其承受紋波電壓的能力,將有助于正確使用電解電容。4.2單相電機(jī)儲能按工作電壓可分為低壓、中壓及高壓等(4~450V);按不同的使用溫度范圍可分為常溫(-40~+85℃)、高溫(105℃以上)、寬溫(-55~+125℃);按電壓性質(zhì)可分為直流、交流(如單相電機(jī)啟動)、高紋波等;按不同用途的儲能類型可分為高壓儲能、計(jì)算機(jī)級大容量、照相閃光等;按引出方式可分為引線式、自插式、螺栓式、焊片式等。5壽命值、toe及tx溫度阿列紐斯(Arrhenius)方程式中:LX為計(jì)算得出的壽命值;LO為保證壽命值;TO為最高額定工作溫度;TX為裝置內(nèi)的電容器實(shí)際環(huán)境溫度(非裝置溫度,而是裝置內(nèi)電容器的溫度);△TO為紋波電流升到額定最大值時測得的電容器結(jié)芯溫升。6不安裝有效路鋁電解電容器的應(yīng)用原則是:依據(jù)環(huán)境溫度;依據(jù)紋波電流;電路中施加的直流電壓值;整機(jī)的使用壽命;安裝方式及空間(如片式、TAPING、成型等);其他特殊要求,儲能(如點(diǎn)焊機(jī)、馬達(dá)啟動);環(huán)保要求(EU/RoHS&WEEE)。7應(yīng)用電阻器抗旱壓板的注意事項(xiàng)7.1雙極性電解電容器鋁電解電容器一般是有極性的,極性反接將造成其短路損壞及漏液,因此在無法辨別電氣回路極性或用于有極性變換設(shè)計(jì)回路時,請選用雙極性電解電容器。7.2假定嚴(yán)格執(zhí)行勿連續(xù)施加過電壓。當(dāng)過電壓時電解電容器的漏電流會急劇增加,因此,其工作電壓不應(yīng)超過額定值。7.3電解電容器壽命電解電容器的壽命取決于使用溫度。一般來說,當(dāng)電解電容器的使用溫度每降低10℃,其壽命將增為1倍。因此,應(yīng)盡可能地在較低溫度下使用電解電容器。7.4安裝要求使用有防爆槽設(shè)計(jì)的電解電容器時,防爆槽側(cè)應(yīng)與其他機(jī)構(gòu)保持最少3mm的空間距離,若不能滿足,防爆槽將無法正常運(yùn)作。7.5紋波電流紋波電流不得超過額定最高紋波電流的允許值。若施加了紋波電流,則電解電容器的內(nèi)溫將大大增加,這會引起特性劣化及破損。7.6充電，經(jīng)?？焖俚爻浞烹姇闺娊怆娙萜鞯膬?nèi)溫異常上升,這將增加漏電流,降低容量,有時還會使產(chǎn)品損壞。7.7電解電容器負(fù)載時需先施加定額電壓當(dāng)電解電容器經(jīng)過長時間放置后,其漏電流有增加的傾向。因此使用經(jīng)過長時間放置后的電解電容器之前,需先施加額定電壓,使其電氣特性恢復(fù)正常。例如,儲存時間長于6個月以上時,需串聯(lián)1kΩ的保護(hù)電阻,使其持續(xù)負(fù)載額定工作電壓30min。電解電容器應(yīng)儲存在正常大氣條件的環(huán)境下。7.8導(dǎo)針及帶以精神子不適當(dāng)?shù)暮稿a溫度及時間均可造成表面膠管的異常收縮破裂,有時高溫也會由導(dǎo)針及端子導(dǎo)熱至素子內(nèi)部,對產(chǎn)品造成不良影響。因此必須盡量避免過高溫度及過長時間的焊錫。8濾波電解電容器的選擇圖3給出電解電容在冰箱電源電路中的應(yīng)用實(shí)例。輸入電壓經(jīng)過壓敏電阻保護(hù)電路、變壓器變壓、整流橋電路整流后,將交流變成脈動的12V直流,在整流電路之后接入較大容量的電解電容E101/E102,利用其充放電特性,使整流后的脈動直流電壓變成相對穩(wěn)定的直流電壓。實(shí)際應(yīng)用中,為了防止電路各部分供電電壓因負(fù)載變化而改變時,通過計(jì)算峰值電壓和電解電容的紋波電流,選用兩級濾波電解電容器。第一級為2200μF/35V;第二級為470μF/35V。由于大容量電解電容一般都具有一定的電感,不能有效地濾除高頻及脈沖干擾信號,因此,應(yīng)在其兩端并聯(lián)一只容量為0.1μF的C102/C103電