铝电解电容器知识

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1、 第 1 页 11/4/2011 铝电解电容器基础铝电解电容器基础 一、一、 电容器的原理电容器的原理 只要在当作电极之相对两导体中间存在电气绝缘体，即可构成电容器。原理图如图 1 所示 1、 电容量的定义及单位电容量的定义及单位 电容量定义： 对某一特定的电容器， 充电后的电荷量与充电电压成正比即 Q/V=常数， 我们就定义 Q/V 为该电容器的电容量（C） 即 C=Q/V，它代表一个电容所能储存电荷的多少，也可以定义为电压每升高 1V，极板两端电荷的增 量。若极板面积为 S，电气绝缘体的厚度为 d，相对介电常数为 r, 真空介电常数为 0，两极板间的介质 电场强度为 E， 因为 Q=0rS

2、E, V=Ed， 则该电容器的电容量 C=Q/V=0rS/d，也就是说电容量与相对面积和电气绝缘体介电常数成正比， 与电气绝缘体的厚度成反比。 单位：电容量的国际单位为法拉（F），但实用上法拉这个单位太大，使用不方便，实际上经常使用 uF 、 mF、nF、pF 等单位。 1uF=10 -6F、1mF=10-3F、1nF=10-9F、1pF=10-12F 2、电容器在线路中的特性及应用电容器在线路中的特性及应用 电容器有以下特性和应用： (1) 通交流隔直流 旁路作用、滤波作用、耦合作用 (2) 通高频、阻低频频率分离作用 (3) 电流的相位超前于电压移相作用、功率因数改善、电机启动用 (4)

3、储能作用 闪光灯、点熔接、放电加工 (5) 电压不能突变电器接点的防火花、尖脉冲吸收 (6) RC 时间常数定时作用 (7) 电流非线性变化S 校正作用 二、二、 铝电解电容器的原理铝电解电容器的原理 铝电解电容器的原理示意图如下： 第 2 页 11/4/2011 阳极箔为一个电极，其上氧化膜为电气绝缘体 电解液为真正的阴极，同时起修补氧化膜作用(电解质包括电解液（electrolyte） 、二氧化锰（MnO2） 、有机 半导体 TCNQ、导体聚合物（PPy、PEDT） 、凝胶电解质 PEO 等) 电解纸起隔离阳极箔和阴极箔作用，同时贮存电解液 阴极箔起引出电极作用。 三、三、 铝电解电容器的

4、结构和特点铝电解电容器的结构和特点 1、 结构部件图结构部件图 引出条、铝导针：引出作用 橡皮头、铝壳： 密封作用，保护芯子 盖板： 引出固定作用 套管： 绝缘、美观、标识。 第 3 页 11/4/2011 2、铝电解电容器的结构特点、铝电解电容器的结构特点 铝电解电容器的芯子是由阳极铝箔、电解纸、阴极铝箔、电解纸等 4 层重迭卷绕而成；芯 子含浸电解液后，用铝壳和胶盖密闭起来构成一个电解电容器。同其它类型的电容器相比， 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

5、结合成一个完整的体系，两者相互依存，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直观表面积，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直观表面积， 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

6、用具有众多微细蚀孔的铝箔，通常需用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。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，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。 3、性能特点：、性能特点： （1） 比容量特别大：腐蚀扩体、氧化膜薄。 （2） 自愈特性 （3） 工作场强非常高 （4） 很大的额定容量 （5） 单向导电性 （6） 工作电压有上限值 （7） 绝缘性能差 （8） tg较大

7、，温度特性，频率特性较差 （9） 易劣化 （10） 价格便宜 四、四、 常用术语常用术语 1、 额定电容量额定电容量：系指标识于电容器本体上的电容量。 容量允许偏差： 实际电容量与额定电容量之间的允许的最大偏差 范围， 一般有： 10% （K）、20%（M）、30%（N）、-10+30%（Q）、-10+50%（T） 2、 损耗损耗(DF 或或 tan)：全称为损失角之正切值，意为在规定频率的小幅正弦电压下，电容器所消耗的 有功功率与无功功率之比。 Tan=P有功/P无功=(I*ESR)/(I*Xc)=2fC*ESR 其中 f 为规定的测试频率。 第 4 页 11/4/2011 3、 等效串联电

8、阻等效串联电阻(ESR)： 此电阻包含有电解液电阻、电极电阻、引出条与箔片铆接电阻和氧化膜之介质损失电阻。 RESR为等效串联电阻(ESR) C 为电容 LESL为等效串联电感 4、 阻抗阻抗 电容器对交流之反抗性以阻抗表示，以 Z 表示（） 其中 XL=2fL 为感抗，XC=1/2fC 为容抗。 所以阻抗包含了电阻、容抗和感抗。 5、 漏电流：漏电流：系指电解电容器施加直流电压，经 1min 后继续流通之电流。 因为铝箔含有杂质，生成的氧化膜就有缺陷点，至使电子可以流通，形成漏电流。 漏电流随时间变化见下图。 第 5 页 11/4/2011 6、 额定电压：额定电压：指在规定温度范围内电解电

9、容器可以连续施加的最大尖峰电压。 7、 浪涌电压：浪涌电压：指以一定时间、一定间隙施加于电容器端子间时该电容能够承受的电压。 五、五、 电解电容器的失效模式及原因电解电容器的失效模式及原因 1、 短路（击穿）：短路（击穿）：系指阴极与阳极或引出条连在一起之现象。 原因：（1）切割之毛刺、端子之棱角或铝屑刺破电解纸； （2）两电极因火花放电而烧结在一起； （3）电解纸因火花放电而碳化； （4）电解纸错开； （5）引出条相碰； （6）露箔； 2、开路：开路：系指端子或引出条与电极之连接脱开之现象。 原因：（1）铆接不良； （2）腐蚀； （3）电解液干枯 2、 漏电流大漏电流大 原因：（1）老炼不充

10、分； （2）电解液氧化效果差； （3）储存时间过长； （4）芯包受污染； （5）腐蚀； （6）阳极箔氧化膜不佳。 3、 C 小及损耗大小及损耗大 原因：（1）断箔或有接头； （2）跑偏； （3）电解液干枯或被挤出； （4）铆接电阻变大。 4、 漏液：漏液：指电解液从外壳或皮头、盖板漏出之现象 原因：（1）电解液过量； （2）封口不良； （3）铝壳有间隙或封裂； （4）内压过大（反接、过压、升压过快）。 5、 外壳鼓底、开阀：外壳鼓底、开阀： 原因：内压过大。 （1）电压加反； （2）电压过高； (3）纹波电流过大； (4）温度过高； (5）电解液不良； 第 6 页 11/4/2011 (6）存

11、放时间过久突然加电。 六、铝电解电容器的寿命铝电解电容器的寿命 影响铝电解电容器寿命有两大参数：温度和纹波电流。 1、 温度对铝电解电容器寿命的影响。温度对铝电解电容器寿命的影响。 温度指电容器使用的环境温度，包括其它元器件发热而产生的温升。 当 环 境 温 度 低 于 额 定 温 度 （ rated operating temperature ） 时 ， 遵 守 下 列 公 式 ： Lx=L0.2 (T0-Tx)/10 .(1) 即使用电容器时，环境温度每下降 10，电容器的寿命可以延长一倍。反之，环境温度每升高 10， 电容器的寿命缩短 50%。降低环境温度是延长电容器寿命的最好方式。 同

12、样，电容器内部温升对电容器寿命的贡献与环境温度一样，如何控制电容器内部温升，允许升 温多少，是电容器设计者必须考虑的重要问题，在电容器制造过程中，如何控制过程，使生产的电容 器满足设计要求，是过程控制的重要问题。 2、 电容器内部温升电容器内部温升 电容器的内部温升指在电容器使用中的能量的损失，这部分能量转化为内部温升。能量损失分为交流 部分和直流部分： 七、使用指南使用指南 1、 极性极性 铝电解电容器是有极性的。极性标示在电容器本体上。使用中如接反，电流会形成短路，电容器会被 损坏。电路中如果极性经常变换或不清楚，则应使用双极性电容器。请注意，目录中描述的双极性电 容器并不一定能使用在交流

13、情况下。 2、 施加电压施加电压 电容器上不要施加超过额定工作电压的电压。当电容器上施加的电压高于额定工作电压的，漏电流会 增大，电容器的寿命会缩短。当交流电压叠加到直流电压上时，直流电压和交流电压峰值之和不能超 过电容器的额定工作电压。 3、 纹波电流纹波电流 施加的纹波电流不要超过最大纹波电流。如果施加过大的纹波电流，将产生过热。过热会缩短电容器 的寿命，某种情况下还有可能失效。纹波电压的峰值后要低于直流电压。注意不要施加反向电压。 4、 使用温度使用温度 铝电解电容的寿命受周围环境温度的影响很大。使用温度越低，电容器的期望寿命越长。通常情况下， Arrhenius 定律认为，使用温度每降

14、低 10，电容器的寿命会增加一倍，这一定律也适用于铝电解电 容器。 5、 充放电充放电 当电容器用于偶然或经常性重复进行充放电的回路中时，会产生如下后果：电容器容量降低，并且内 部会迅速产生发热，从而导致电容器损坏。 6、 预热和焊接温度预热和焊接温度 当电容器焊接到线路板上时，铝壳可能会暴露出来，套管也将因二次收缩而损坏。请注意以下几点： 如果包覆电容器的套管接触到线路板的印刷线路，引线或其他元件的外部金属，那么套管就会通过它 们部分受热产生开裂。当电容器水平安装在线路板上的，它与板接触的区域会因为过高的焊接温度和 过长的焊接时间而发热，以致于套管经历二次收缩，使铝壳暴露在外，或套管自身损坏

15、。如果熔融的 锡焊直接与套管接触，则套管会被损坏，请避免这种情况的发生。 7、 端子强度端子强度 不要施加过度的应力在引线和端子上。电容器焊接在线路板上后就不要移动它，更不要提着电容器来 搬动 PCB 板。 应力的典型例子 *焊接后不要倾斜或弯倒电容器 *端子距离不适合 PCB 板的孔距 第 7 页 11/4/2011 8、 铝壳绝缘铝壳绝缘 铝壳和阴极是不绝缘的。在 PCB 板上，不要在铝电解电容器下设置任何铜印刷线或任何通孔。辅助端 子和阴极也是不绝缘的。辅助端子和阳极一定不要有电的连接。 否则，产品将会造成短路。 9、 防爆阀防爆阀 防爆阀需要一个空间才能有效。该空间在防爆阀正上方，其大小取决于壳体尺寸。以下为推荐的空间 大小： 8 - 16 :大于等于 2mm 18 35:大于等于 3mm 40 以上 :大于等于 5mm 10、 贮存贮存 当铝电解电容器贮存一段较长时间后，通常它的漏电流会增大。因此，请注意贮存条件。贮存区域应 保持室温，且产品不能让阳光直射。如果电容器已经贮存了较长时间，且漏电流也达到了临界值，则 在使用前，产品应施加电压进行重新老化。 11、 浪涌电压浪涌电压 浪涌电压为短时间内电容器可以承受最大直流过电压，在超过 5 分钟的连续间隔里，该直流过电压施 加在电容器上的时间大约不超过 30 秒。该测试须在额定温度下循环 1000