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1、电子元器件铝电解电容器 电容器的机理与电气功能顾名思意，可以作这样的形象理解：所谓电容器（capacitor）就是能够储存电荷的“容器”。只不过这种“容器”是一种特殊的物质电荷（charge），而且其所存储的正负电荷等量地分布于两块不直接导通的导体板上。至此，我们就可以描述电容器的基本结构：两块导体板（通常为金属板）中间隔以电介质（dielectric）。即构成电容器的基本模型。一般铝电解电容器的结构： 铝电解电容器是由铝圆筒做负极，里面装有液体电解质，插入一片弯曲的铝带做正极而制成的电容器称作铝电解电容器。它是一种用铝材料制成的电性能好、适用范围宽、可靠性高的通用型电解电容器。国优名牌产品。
2、由中国振华集团新云器材厂最早研制、生产。年生产能力10亿支。产品有30种型号、数千个规格，广泛用于空调机、收录机、洗衣机、通信机等家用电器及电子整机、仪器、仪表的配套。它是由阳极箔（含导针）、负极箔（含导针）、电解纸（含电解液）卷绕在一起，形成柱状卷芯，然后利用胶塞将卷芯密封在铝壳中，铝壳外面套以绝缘套管，套管上有电容器性能参数、极性、商标等标志。其中负极箔多为纯铝轧成的光箔（即清水箔），而阳极箔为表面有很多微小坑洞的腐蚀箔，阳极箔上的三氧化二铝（Al2O3）起着电介质的作用，电解液（含浸在电解纸中）与负极箔共同组成电容器的负极。 它是一种用铝材料制成的电性能好、适用范围宽、可靠性高的通用型电
3、解电容器。国优名牌产品。由中国振华集团新云器材厂最早研制、生产。年生产能力10亿支。产品有30种型号、数千个规格，广泛用于空调机、收录机、洗衣机、通信机等家用电器及电子整机、仪器、仪表的配套。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而制成的电容器称作铝电解电容器。它的芯子是由阳极铝箔、浸有电解液的衬垫纸、阴极铝箔、天然氧化膜等重叠卷绕而成的，芯子含浸电解液后用铝壳和胶盖密闭起来就构成一个电解电容器。一般情况下，铝电解电容器的铝壳外面都有一个塑料套管。套管颜色五颜六色，它不仅美观，而具有特定的意义。 铝电解电容器的特点是容量大，但是漏电大，误差大，稳定性差，常用作交流旁路
4、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。电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。在滤波电路中，电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍。使用电解电容的时候，还要注意正负极不要接反。 不同电路应该选用不同种类的电容。揩振回路可以选用云母、高频陶瓷电容，隔直流可以选用纸介、涤纶、云母、电解、陶瓷等电容，滤波可以选用电解电容，旁路可以选用涤纶、纸介、陶瓷、电解等电容。电容在装入电路前要检查它有没有短路、断路和漏电等现象，并且核对它的电容值。安装的时候，要使电容的类别、容量、耐压等符号容易看到，以便核实。因其低成本的特点，铝电解电容器一直都是电源的常用选择
5、。但是，它们寿命有限，且易受高温和低温极端条件的影响。铝电解电容器在浸透电解液的纸片两面放置金属薄片。这种电解液会在电容器寿命期间蒸发，从而改变其电气属性。如果电容器失效，其会出现剧烈的反应：电容器中形成压力，迫使它释放出易燃、腐蚀性气体。 电解质蒸发的速度与电容器温度密切相关。工作温度每下降10 摄氏度，电容器寿命延长一倍。电容器额定寿命通常为在其最大额定温度下得出的结果。典型的额定寿命为105 摄氏度下 1000 小时。选择这些电容器用于图 1 所示 LED 灯泡等长寿命应用时(LED 的寿命为 25000 小时)，电容器的寿命便成了问题。要想达到 25000 小时寿命，这种电容器要求工作
6、温度不超过65 摄氏度。这种工作温度特别具有挑战性，因为在这种应用中，环境温度会超出125 摄氏度。市场上有一些高额定温度的电容器，但是在大多数情况下，铝电解电容器都将成为 LED 灯泡寿命的瓶颈组件。 这种寿命温度依赖度实际影响了您降低电容器额定电压的方法。您首先想到的可能是增加电容器额定电压来最小化电介质失效的机率。但是，这样做会使电容器的等效串联电阻 (ESR) 更高。由于电容器一般会具有高纹波电流应力，因此这种高电阻会带来额外的内部功耗，并且增加电容器温度。故障率随温度升高而增加。实际上，铝电解电容器通常只使用其额定电压的 80% 左右。 电容器温度较低时，ESR 急剧增加，如图1所示
7、。在这种情况下，-40下，电阻呈数量级增加。这在许多方面都会影响到电源性能。如果电容器用于开关式电源的输出端，则输出纹波电压呈数量级增加。另外，在 ESR 和输出电容形成的零以上频率，它让环路增益增加一个数量级，从而影响控制环路。这会产生一个有振荡的不稳定电源。为了适应这种强震动，控制环路通常会在空间方面做出巨大妥协，并在更高温度下工作。低温下ESR性能急剧下降 图1 低温下ESR性能急剧下降 铝电解电容器在结构上表现出如下明显的特点：（1）铝电解电容器的工作介质为通过阳极氧化的方式在铝箔表面生成一层极薄的三氧化二铝（Al2O3），此氧化物介质层和电容器的阳极结合成一个完整的体系，两者相互依存
8、，不能彼此独立；我们通常所说的电容器，其电极和电介质是彼此独立的。（2）铝电解电容器的阳极是表面生成Al2O3介质层的铝箔，阴极并非我们习惯上认为的负箔，而是电容器的电解液。（3）负箔在电解电容器中起电气引出的作用，因为作为电解电容器阴极的电解液无法直接和外电路连接，必须通过另一金属电极和电路的其它部分构成电气通路。（4）铝电解电容器的阳极铝箔、阴极铝箔通常均为腐蚀铝箔，实际的表面积远远大于其表观表面积，这也是铝质电解电容器通常具有大的电容量的一个原因。由于采用具有众多微细蚀孔的铝箔，通常需用液态电解质才能更有效地利用其实际电极面积。（5）由于铝电解电容器的介质氧化膜是采用阳极氧化的方式得到的
9、，且其厚度正比于阳极氧化所施加的电压，所以，从原理上来说，铝质电解电容器的介质层厚度可以人为地精确控制。铝电解电容器的性能特点： 同其它类别的电容器相比，铝电解电容器的优越性表现在以下几个方面：（1）单位体积所具有的电容量特别大。工作电压越低，这方面的特点愈加突出，因此，特别适应电容器的小型化和大容量化。例如，CD26型低压大容量铝电解电容器的比容量约为300F/cm3，而其它在小型化方面也颇具特色的金属化纸介电容器的低压片式陶瓷电容器的比容量一般不会超过2F/cm3。（2）铝电解电容器在工作过程中具有“自愈”特性。所谓“自愈”特性是指介质氧化膜的疵点或缺陷在电容器工作过程中随时可以得到修复，
10、恢复其应具有的绝缘能力，避免招致电介质的雪崩式击穿。（3）铝电解电容器的介质氧化膜能够承受非常高的电场强度。在铝电解电容器的工作过程中，介质氧化膜承受的电场强度约为600kV/mm，这一数值是纸介电容器的30多倍。（4）可以获得很高的额定静电容量。低压铝电解电容器能够非常方便地获得数千乃至数万微法的静电容量。一般来说，电源滤波、交流旁路等用途所需的电容器只能选用电解电容器。 当然，铝电解电容器也有以下显著缺点：（1）绝缘性能较差。可以这样说，铝电解电容器是所有类别的电容器中绝缘性能最差的。对铝电解电容器而言，通常采用漏电流来表征其绝缘性能，高压大容量铝质电解电容器的漏电流可达1mA以下。（2）
11、损耗因子较大，低压铝电解电容器的DF通常在10以上。（3）铝电解电容器的温度特性及频率特性均较差。（4）铝电解电容器具有极性。使用在电子线路中时，铝电解电容器的阳极要接电路中的电位高的点，阴极接电位低的点，才可能正常发挥电气功能。如果接反了，电容器的漏电流急剧增大，芯子严重发热，导致电容器失效，并有可能燃烧爆炸，损害线路板上的其它器件。（5）工作电压有一定的上限。根据铝电解电容器介质氧化膜的特殊生成手段，其最高工作电压一般为500V，且发展潜力十分有限；而对其它非化学电容器而言，只要适当加厚其电介质的厚度，理论上的工作电压可以达到任意上限值。（6）铝电解电容器的性能容易劣化。使用经过长期存放的
12、铝电解电容器，不宜突然施加额定工作电压，而应逐渐升压至额定电压。（7）传统铝电解电容器由于采用电解液作为阴极，在片式化方面存在较大的障碍，故其片式化进程落后于陶瓷电容器及金属化薄膜电容器。铝电解电容器的电性能参数： 铝电解电容器的额定容量接E6系列的优选数确定，即：(N=0,1,25)；共有6个数值：10，15，22，33，47，68。与E6系列相对应的允许偏差为20，但对通用的电解电容器而言，其正偏差常放宽至50。 铝电解电容器的损耗因子的定义为：在规定频率的正弦电压下，电容器所消耗的有功功率和无功功率的比值，即：其中，f为正弦电压的频率，C为在该频率下电解电容器串联模型的容量，r为电解电容
13、器的等效串联电阻（ESR）。铝电解电容器的漏电流通常定义为施加额定工作电压若干分钟以后流过电容器的电流。通常，铝电解电容器容许的最大漏电流可以用下式界定：Il=KCU(A)其中，C为电容器的容量（F），U为所施加的直流电压值（V），K是与电容器类型有关的常数，通常的取值范围为0.010.1，低漏电流的系列品也有取值小于0.002的情况。 额定工作电压是指在规定的环境温度范围内所能施加到电解电容器上的最大直流电压值。铝电解电容器的应用及发展: 目前全球铝电解电容器供应市场日趋成熟，主要集中在日本、中国大陆、台湾地区以及韩国等地区。从近几年的行业总体竞争格局来看，日本的电解电容器生产量开始逐渐萎缩
14、减产，取而代之的是韩国企业，台湾企业，中国大陆企业。铝电解电容器这种产品在1978年之前，在中国大陆当时算是高新技术产品，而经过三十多年的发展，铝电解电容器这种产品对于国内铝电解电容器的生产商来说已不属于高新技术产品了。从技术的角度来看，国内某些知名品牌所生产的电容器已完全可以取代国外的电容器。 铝电解电容器在电子线路中的基本作用一般概括为：通交流、阻直流，具有滤波、旁路、耦合和快速充放电的功能，并具有体积小、储存电量大、性价比高的特性。随着现代科技的进步与电容器性能的不断提高，铝电解电容器已广泛应用于消费电子产品、通信产品、电脑及周边产品、新能源、自动化控制、汽车工业、光电产品、高速铁路与航
15、空及军事装备等。 铝电解电容器根据电解质形态的不同可划分为液态铝电解电容器和固态铝电解电容器；按引出方式的不同可分为引线式、焊针式、焊片式、螺栓式、贴片式等五种。按应用领域的不同铝电解电容器分为消费类、工业类和特种应用铝电解电容器，消费类铝电解电容器主要用于节能照明、电视机、显示器、计算机及空调等消费类市场；工业类铝电解电容器主要用于工业和通讯电源、专业变频器、数控和伺服系统、风力发电及汽车等工业领域；特种铝电解电容器主要应用于军事、航空航天以及其他特殊领域。铝电解电容器面临的挑战与机遇： 20世纪80年代，当LSI、VLSI蓬勃发展的时候，有人曾经对电容器的前景极为悲观，随后的事实证明，这些
16、看法有一些杞人忧天的味道：自上个世纪80年代中期起，电容器产业的年平均增长率均在20以上，1993年全球电容器的销售产值已达130亿美元。铝质电解电容器的销售产值占整个电容器产业的1/3多。但是，随着电子技术及材料制造工艺的进步，传统型铝电解电容器不仅受到电子技术发展的压力，也面临其它类别电容器挑战其龙头老大地位的压力。 电子技术对电容器小型化、片式化的需求，使得传统铝电解电容器产业倍感压力。传统铝电解电容器采用电解液作为阴极，这使得其片式化进程受到极大的阻碍。片式化通常采用迭层结构、树脂包封的形式，而如何将电解液完好地密封起来一直是铝电解电容器研发人员倍感头痛的事。钽电解电容器采用固态半导体材料MnO2作为阴极材料
