铝电解电容应用指南

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1、+ 铝电解电容应用指南铝电解电容应用指南 2005.02 这个应用指南这个应用指南 这个应用指南是铝电解电容的完全手册，当然重点是 CDE的型号。它从结构上深入的揭示了世界上主要的铝电解电容型号的性能和应用的最新信息。希望你能告诉我们更多你所想知道的，使我们能够完善这本手册。 铝电解电容总论铝电解电容总论 除了一些表面安装技术（SMT）的铝电解电容有固态的电解液之外，一般的电解电容都有一个卷绕电容元件，然后注入电解液，连上端子，密封装入一个罐里。这个卷绕电容元件包含了一个阳极金属箔，浸透在电解液中的纸隔离物和阴极金属箔。这个金属箔是高纯度的铝，它的表面用蚀刻技术蚀刻了几十亿的细微管道以增加与电

2、解液的接触面积。 看起来电容量是在两个金属箔之间，实际上是在阳极金属箔和电解液之间。正极板是阳极金属箔；电介质是阳极金属箔上的绝缘铝氧化物；真正的负极板是导电的液态电解质，阴极金属箔仅仅是连接电解液。 这个结构能产生巨大的电容量，因为蚀刻金属箔可以增加 100倍以上的表面积并且铝氧化物的电解质的厚度不超过 1微米。这样的电容器有很大的金属盘面积并且金属盘非常靠近。 这些电容器一般提供 0.1UF-3UF 的电容值，额定电压从 5V-500V。他们是有极性的器件，有明显的正负极端子，并且有非常多的各种各样的类型，包括浇铸和罐型的SMT的器件，轴向和经向引线罐型，牛角端子型和大罐，螺栓端子型。最典

3、型的电容电压值是 330UF/100V 和 6800UF/10V SMT器件 100UF/450V，6800UF/50V，10000UF/10V 微型罐型 1200UF/450V 和 39000UF/50V 牛角罐型 9000UF/450V和 390000UF/50V 大罐，螺栓端子型 如果两个相同容量的铝电解电容串联，背靠背连接正极端子和负极端子，结果是一个有一半电容值的无极性电容。两个电容调整所承担的电压，其作用相当于被二极管旁路过来的电压。当加上电压，极性正确的电容器承担全压。在无极性的铝电解电容和马达启动铝电解电容里一个第二阳极金属箔替代阴极金属箔，结果在一个壳里里得到一个无极性的电容

4、器。 电容器结构电容器结构 这些图展示了非表面安装铝电解电容的典型结构。所有的 CDE 电容都使用压缩配合结构，那样就没有热塑性的陶瓷混合物去妨碍安全泄放孔的操作。Thermal PakTM 和Rilled 是 CDE 对于计算机等级螺丝端子电容器的独有结构。与常规的罐装结构相比较，压缩结构，Thermal PakTM 冷却运行，提供更长的寿命，抵抗住更高的冲击和振动，安全泄放孔的释放操作更加可靠还有更轻的重量。 腐蚀腐蚀 阳极和阴极金属箔是由高纯度的，很薄的只有 0.020.1mm 铝箔做成的，为了增加盘面积和电容量，与电解液接触的表面积的增加是通过蚀刻金属箔去溶解铝，使整个铝箔的表面形成一

5、个高密度的网状的有几十亿个精细微管道的结构。 蚀刻技术是牵引在滚筒上的铝箔通过氯化物溶液，并且在蚀刻溶液和铝箔之间加 AC，DC 或 AC-&-DC 电压。表面面积对于低压电容来说可以增加 100 倍，对于高压电容来说可以增加 20-25 倍。 化成化成 阳极箔上有电容器的电介质。电介质是一层很薄的铝氧化物， Al2O3，它是在阳极箔上的化学生成的，这个过程叫“化成”。 化成的完成是通过牵引在滚筒上的阳极箔通过一个电解液池，并且在池和箔之间加持续的 DC 电压。这个电压是最后电容器额定电压的 135%-200%。这个铝氧化物的厚度是 1.4-1.5nm/V 的化成电压。例如，一个 450V的电

6、容器的阳极箔的化成电压超过 600V，氧化物的厚度大约是 900nm，还不到人的头发的百分之一。 化成显著地减小了箔的有效表面积，因为氧化物闭塞了部分的精细微管道。管道的蚀刻模式的调整是通过选择箔和蚀刻工艺进行的，低压阳极有密集的管道模式对应薄的氧化物，高压阳极有粗糙的管道模式对应厚的氧化物。阴极箔不用化成，它保持着很高的表面积和高密度的蚀刻模式。 裁切裁切 箔的蚀刻和成形是在一个 40-50cm 宽的大卷上完成的，然后根据最终电容器的长度裁切成各种不同的宽度。 卷绕卷绕 电容元件的卷绕是在有轴的卷绕机上完成的，一层隔离纸，一层阳极箔，另一层隔离纸和阴极箔。这些被卷绕成圆柱形，用一个压力敏感的

7、带子绑紧防止展开。这些隔离物防止箔之间接触形成短路，这些隔离物后来保留住电解液。 在卷绕铝带前或卷绕铝带过程中为后来连接电容器端子附上箔。最好的方法是通过冷焊，把箔焊上带子，带子的位置在卷绕期间由微机控制，那样电容元件的电感可以低于 2 nH。老的附件的方法是通过立桩标界，一个方法是冲压整个带子然后折叠被冲压下的金属箔。冷焊可以减少短路失效，达到更好的高纹波电流性能和放电性能。其中个别的定标立桩可能由于高电流失效，就象纽扣突然从一个胖人的衣服上绷下来。 连接端子连接端子 在 SMT 电容和微小型电容里有橡皮塞，带子的扩展部分是电容器的端子。但大罐电容器如牛角和螺栓端子型，带子铆在或焊在电容器顶

8、部的下面与插入端子相连。焊接产生最低的接触电阻和最高的电流处理能力。有电阻焊和超声波焊接两种方法可用。高达 12 对带子可以用，大螺栓端子电容经常在安装期间要求更强的机械支撑，那样电容可能先铆在端子的延伸柱上，然后焊接。在轴向引线的电容里阴极带在密封之前焊接到罐上。 浸渍浸渍 电容器元件注入电解液，去浸透纸隔离物并且渗透到蚀刻管道里。注入的方法可能会涉及到器件的浸入和真空压力周期的使用，不管使用或不使用加热，或者在小单元情况下仅仅是简单的吸收。电解液是根据电压和工作温度范围使用不同配方成分复杂的混合物。其主要成分是溶剂和导电性的盐-一种溶质-用来导电。普通的溶剂是乙烯乙二醇（EG）, 二甲基的

9、甲酰胺(DFM)和 丁内酯（GBL）。普通的溶质是铵硼酸盐和其它的铵盐。EG 典型应用于额定值为-20或-40的电容。DFM 和 GBL 经常应用于额定值为-55的电容。 在电解液里水起很大的作用。水增加了导电性因此降低了电容的阻抗。但是它降低了沸点因而妨碍了高温性能，缩短了贮藏寿命。几个百分点的水是必要的，因为电解液要维持铝氧化物电介质的完整性。当漏电流流动时，水分解为氢和氧，氧被附着在阳极金属薄片上通过增加更多的氧化物来修复漏电位置。而氢通过电容的密封橡胶溢出。 封口封口 电容元件被密封在一个罐子里。尽管大部分的罐子是铝，石碳酸的罐子经常被用在马达启动器的电容上。为了释放氢，密封圈不是密闭

10、的，它经常是压力封闭的，即将罐子的边沿滚进一个橡胶垫圈，一个橡胶末端插销或滚进压成石碳酸薄板的橡胶。在小电容中模子石碳酸树脂或聚亚苯基硫化物可以替代橡胶。太紧密封会导致压力增加，太松则密封会因为电解液的可允许的流失而导致缩短寿命。 老化老化 在此电容装配完成了整个周期。最后的生产步骤是老化即给电容加上高于额定电压但是小于化成电压的直流电压，通常是在电容的额定温度下加上电压的，但是也可能使用其它的温度甚至室温。这个步骤改良了在阳极薄膜上的剪切边缘和任何坏点，覆盖上任何带铝氧化电介质的裸铝。老化可以减少或消除早期寿命失效（早期失效）。低的初始的直流漏电流就是有效老化的表征。 与其它类型的电容比较与

11、其它类型的电容比较 瓷片电容瓷片电容 瓷片电容已经成为卓越的具有普遍用途的电容尤其是 SMT 贴片电容，其低成本使它们尤其具有吸引力。随着更薄的电介质的出现，额定电压小于 10V 电容量为几百个微法的多层单元已经成为可行。这打破了铝电解电容的传统的高电容量的原则。 根据电介质常数和温度性能瓷片电容有三种类别。第一类（NPO,COG）适用于低电容量，高公差的应用，容值范围从 1Pf 到几个 mF。第二类（X7R）每种外形尺寸其电容量是第一类的 20到 70倍。但是在-55到 125的温度范围内其电容量变化范围大约为10%。最大的变化范围是+15%到-25%。第三类（Z5U）电容量大约是第二类的

12、5倍，随着电压和温度的变化第三类的电容量具有很宽的公差。温度范围是-25到 85，在这个温度范围内电容量从+20%到-65%。瓷片电容易碎且对热冲击敏感。所以在安装过程中要小心避免使电容破碎，尤其是大尺寸高电容量的电容。 对于铝电解电容典型的温度范围是从-40到 85或 105。在这个范围内电容量的变化是从+5%到-40%，在低温下电容量减少。额定温度为-55的电容通常在-40时电容量减少-10%到-20%。对于额定电压为 300V 或更高电压的电容，其低温特性经常更坏，不同的制造商温度特性也不同。因此第一类和第二类瓷片电容在低温时性能比铝电解电容要好，而第三类瓷片电容在任何温度下的性能都更差

13、。 铝电解电容具有更多的电容量。除了低压，第三类 SMT 贴片瓷片电容以外对于所有的类型，每个单位体积铝电解电容都比瓷片电容具有更大的电容量，可以存储更多的能量。瓷片电容的公差常规是5%和10%，而铝电解电容的标准公差是20%和-10%+50%。在大电容量的应用场合下，像整流滤波和维持功率等电容量越大越好的场合下，会选择铝电解电容。瓷片电容没有极性，因此能应用在交流的场合下。由于第一类和第二类瓷片电容的 DF 低和电容量稳定性高，所以尤其是适用于 AC 和 RF 的应用场合。通过比较，铝电解电容是有极性的，不能承受反向电压超过 1.5V。没有极性的铝电解电容适用于像马达启动短时间的 AC 应用

14、场合和电压反向的应用场合。由于铝电解电容的 DF 高即从 2%到 150%造成了其在大多数 AC 应用场合下过热和缩短寿命。 由于铝电解电容具有自癒的特性，所以铝电解电容比瓷片电容的可靠性要高。既然高电容量的瓷片电容可以发生微裂纹，铝电解电容更趋向于发展高的电容值。但是小体积的铝电解电容可能会因为电解液的变干而缩短寿命，所以在超过 65的高温应用场合时，你的选择应考虑可靠性。 薄膜电容 薄膜电容 薄膜电容的电容量公差小，具有非常低的漏电流和其电容量随温度的变化小。由于它们具有高的电容量和低的 DF值（DF值低可以允许高的 AC电流）使其尤其适用于 AC的应用场合。但是它们的体积和重量相对高。

15、塑料薄膜介质电容所使用的常见的聚合体是聚酯和聚丙烯。对于 SMT 器件，常见的聚合体是聚亚苯基硫化物（PPS）。薄膜的结构经常被使用在小电容值的电容上（低于0.01uF），对于大电流的应用场合下，金属薄膜经常优先采用，因为它可以使电容具有更小的尺寸，更低的价格和自愈的特性。对于插件的应用场合薄膜电容是具有通用用途的电容，对于高公差，AC电压，高电压和吸收的应用场合则具有特殊的用途。 聚酯薄膜(PE)电容在额定电压下工作温度范围从-55到 85，当线性电压降额到50%额定电压时，可工作于 85到 125。在整个范围内典型的电容量的变化小于-5%+15%，从 0到 50典型的电容量的变化为1%。其

16、电容量容易高达 10uF,采用特殊的大部件可高达 100uF。一般可达到的电压是 50 到 1000Vdc，35 到 600Vac。其 AC 电流的承载能力受聚酯的大约 1%的高温 DF所限制。 聚丙烯薄膜(PP)电容在额定电压下工作温度范围从-55到 85，当线性电压降额到50%额定电压时，可工作于 85到 125。在整个范围内典型的电容量的变化小于+2%-4%，从-20到 60典型的电容量的变化为1%。其电容量容易高达 65uF,采用特殊的大部件可高达 1000uF。一般可达到的电压是从 100Vdc 到 3000Vdc，从70Vac 到 500Vac。其交流电流的承载能力允许在马达运行和其它连续运行的交流场合中使用。 同铝电解电容相比较，薄膜电容在高电压，交流电压和高公差的应用中占据着领先地位。铝电解电容在电容量和能量存储方面领先。 固体钽电容固体钽电容 像铝电解电