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1、制造总部2006届大学生系列技术知识培训（三）电容的外观、基本原理、特定参数主讲人：深圳江浩电子有限公司尹志华、王永祥二00六年八月十五日电解电容器基础知识：1、铝电解电容器特点A. 结构特点： .两个电极有正、负极性之分。 .它的介质是利用电化学技术在金属铝的表面形成一层极 薄的氧化膜（A12O3），不同于薄膜电容 .铝电解电容器的阴极是电解液（它附着在铝箔表面），它 是铝电解电容器的血液，没有它电容器就没有容量。B. 电气性能特点： 比率容量大：意味着在同容量的情况下它的体积小。 耐压高：A12O3介质膜能承受极高的工作电场强度 E=U/d（ V/mm）一般 El 铝=600kv/mm，E
2、 纸介=200300kv/mm，E 陶瓷 =2030kv/mm有自愈作用：铝电解电容器内部含有电解 液，它能提供氧离子（O2-）在通电状态下自动修补A12O3 膜中的疵点和缺陷，提高了电容器的绝缘电阻和耐压，降 低了漏电流。C. 缺点：a）A12O3膜的厚度有一定的限制，也决定了耐压，最高 500V左右；b）单相导电性，使用过程中务必看清正负极，不能接反。c）绝缘质量差，主要表现在漏电流方面d）寿命有一定限制，因为电容器长时间使用后电解液 会受电容器的密封程度影响而干枯。D. 铝电解电容器的参数及影响因素：A. 电压：B. 工作电压（额定电压）WV ；C. 浪涌电压1.1WV ；D. 过电压（
3、起动电容器）1.2WV ；E. 耐电压（端子相连后与外壳间）1000V以上。B. 电容量及允许偏差电容量：=srS/3.6nd览-为相对介电常数（相对电容率），S为 面积cm2 , D为极板间的距离cm。标称电容量指的是规格值；允许偏差是在规格值上下允许的波动值于规格值的百分比。一般 有土20%、+30-10%，这是由于生产的化成铝箔容量一致性以 及电容器制造过程的偏差（卷绕卷偏、含浸效果）会带来实际电 容器的容量出现偏差。影响电容量的因素有：测试温度、测试频率、测试夹具引线的长 度、接触电阻等C. 电容量的单位及换算 电容量的单位：法拉一F ;毫法-mF ;纳法-nF ;微法一pF ;皮法p
4、F o换算：1F=103mF= 106pF= 109nF=10i2pF容量偏差的计算：c=（c 测-C 标）/ C 标 X100%。.漏电流：它是来表征电容器的绝缘质量的，它与施加在电容器两端的电压 大小（电压高-漏电大X环境温度的高低（温度高-漏电大X测 试充电时间的长短（充电时间长-漏电小，国标规定5分钟，生 产厂家1分钟测试X老化效果有着密切的关系；同时与内在材 料的纯度（Fe3+、SO2-、CL-、H2O等X电解液修补氧化膜的能 力、阳极箔氧化膜的质量有直接的关系Ilc=KCV（ uA）, 0.010.1单位：mA , uAF. 损耗角正切值tg6和等效串联电阻ESR :它有三部分组成
5、r介一铝氧化膜介质损耗电阻；r解一电解液的 电阻；r金一金属与金属的接触电阻。ESR与损耗角正切值、电容量、频率的关系：tg6=2nfcr （f表示频率Hz、C表示电容量法拉，r表示电阻欧 姆）影响电容器ESR与损耗角正切值的因素：测试温度、测试频率、 测试夹具引线的长度、接触电阻等G. 阻抗：Z=1/（ 2nfC）.（ 1+tg2o） 1/2阻抗与产品的损耗角正切值成正比，与频率、容量成反比。在这里我们讨论一下电容量、阻抗与频率的关系：先看电容量与 频率特性曲线：（以35V680UF为例）从上图可以看出容量随着频率的增加逐渐减小.这一现象我们可 以用介质偶极子极化理论来解释。在低频段电容器的
6、介质其偶极 子极化跟得上外加电场的变化，也就是说介质的极化率大，极化 率大对电容量的贡献就大，且损耗也小；在高频段电容器的介质 其偶极子极化跟不上外加电场的变化，容量就会下降，损耗增大。再看阻抗与频率的关系曲线：从上图可以看出阻抗随着频率的增加而变化，变化曲线成“U”型, 这是因为电解电容器有固有电感的影响，在低频段容抗占主导地 位,随着频 率的增加阻抗减小，当阻抗达到某一最低值时，此频 率为谐振频率；在高频段感抗占主导地位，电感是由电流流过金 属电极、引线、外壳时产生。根据上述分析高频电路选电容器时必须考虑到最低谐振频率，我 们认为越高越好！3. 铝电解的用途:A. 电源滤波： .彩电一次、
7、二次电源，LCD电源。 .DVD电源、 .变频器空调、工业变频器 .UPS电源 .其它电子仪器 CD110、CD263、CD289、CD293、CD289A、CD135、CD136B. 偶合作用：音频电路及其它交流信号电路CD110、CD286、CD263.C. 旁路作用：隔直通交，使交流分量旁路接地，CD110.D. 储能作用：闪光灯电路、电焊机储能电路(CD17 )主要特点是耐充放电。D. 移相作用：马达启动用CD60E. LC振荡：CD110、CD117、CD263、CD286G.S校正电路：无极性且损失角正切值要很小。CD71S4. 电解电容器的失效模式电解电容器的失效模式有六种形式.
8、4.1短路所为短路是指电容器正负极之间短路.短路的原因有：铝箔毛刺将电解纸戳破；金属微粒吸附在电解纸上，在通电时产生导电而闪火将隔离纸击破，正负极之间产生击穿；正负极导箔似碰非碰短路；正导箔与铝壳之间相碰.4.2开路开路是指电容器引出端与芯包之间断开或导箔（导针）与正负极箔之间断开其原因：焊片与铆钉接触不良；导箔与铆钉接触不良；导箔（导针）与箔片接触不良；阳极腐蚀形成开路（氯离子的存在）.4.3容量下降长期使用由于杂质氯离子的存在对阳极氧化膜的腐蚀溶解导致容量下降；电容器内部由于有水的存在使阴极箔产生水合容量的下降； 电容器长期在高温及通电状态下电解液逐渐蒸发从密封口益出, 电解液减少芯包干枯
9、容量下降.4.4损耗增大各连接部位发生氧化接触电阻变大；使用过程中纹波电流大电容器发热，电解液逐渐蒸发内压增大，电 容器产生阀鼓开裂电解液从密封口或开裂的阀处益出，芯包干枯 损耗增大，容量减小.4.5漏电流上升氧化膜质量变化（材料本身质量、杂质含量高破坏氧化膜）端子之间绝缘质量下降（封口处漏液正极焊片与铝壳导电、端子 板绝缘电阻变小）储存时间长4.6阀鼓或打开施加过电压纹波电流过大反向通电充放电频繁超高温使用长时间使用寿命到期通交流电5. 关于铝电解电容器的选用电路设计师在电路设计时正确选择铝电解是确保线路正常工作 的必要条件。如何利用价值工程理论选择好铝电解，做到既经济 又可靠这是一个综合问
10、题：a. 线路工作的环境温度考虑：电容器承受的负载大小、所处的周围是否有发热源、满载时电容器的温升有多高、机芯通风散热状况等。通常是85C,环境温度高时可以考虑选用105C 电容器或125C。这要结合整机使用寿命要求和电容器在各种实 际使用温度下的寿命来考虑选用。b. 电容器在电路上承受的纹波电流考虑纹波电流的概念：电容器在电路中作滤波、旁路、偶合作用，使用过程中电容器的 电压状态是在直流电压上叠加有交流脉冲电压(纹波电压)，在 这种情况下流过电容器两端的交流电流称之为脉冲电流即纹波 电流。纹波电流的推算公式2nfaSNL = () 1/2tga 上式f -频率Hz , S-散热面积cm2 ,
11、At允许温升。C,散热系 数a。85C产品N为5 C105C产品N为2-3 Ca=1xl0 2x10-3 W/ ( cm2.C)纹波电流随着频率的增加可以放大通常我们规格书内有一个纹 波电流随着频率变化的修正系数表；电容器的温升与外界给予电容器的纹波电流有直接关联Qt是决 定电容器工作寿命的关键参数，越低对长寿命有好处.温升与产 品的散热系数、电容器的发热量、产品的损耗角正切值、电容器 的散热面积、使用在电路上的纹波电压有关C.寿命考虑：A. 铝电解电容器的寿命是有限的，所谓元件寿命是指元件在规 定条件下工作到某一时刻时其性能超过规定的允许值,此时刻 称为寿命时间.B. 加速寿命推算方法:10
12、C2倍法则，也就是说温度每增加10C, 电容器寿命将缩短一半，此法则的前提是35C最高使用温 度范围内c.推算公式:L2=L1 x Ati-t2/ioL1为T1时寿命小时数；L2为T2时寿命小时数；T1为最高使 用温度叠加纹波电流发热引起的温升之和（C）; T2为推算寿命 的环境温度加纹波电流发热引起温升之和（C）; A加速系数A 2 （为最高环境温度至35C范围内适用）寿命推算图：d. 电容器工作电压考虑电容器必须在标称工作电压下使用，超压使用电容器的寿命将缩 短。这里有两方面的考虑，首先是发热因素、其次是内部打火击 *:穿Oe. 脉冲电压的频率考虑：通常频率一般在40KHz以下，高频一般是100KHz左右，目前 出现一些特高频场合使用如200KHz。在高频情况下使用必须选 用耐高频的电容器如高频低阻抗电容器。选择最低谐振频率高的 电容器。如果脉冲电压过高则会导致电容器阴极容量衰减，电容器的容量 也同时衰减，还可以使阴极打火导致击穿。f. 电容器尺寸方面考虑：在空间允许的情况下尽可能选体积大一些的电容器（它可以做的 耐压高一点、阻抗小些、同时散热面积也大）对电容器寿命有好 处；在直径受限制的情况下尽可能选高度大一些（高度大电容器 内部箔片长度将缩短，损耗角变小），这样电容器高频特性好。g. 特殊要求线路工作环境和内在有特殊要求时可与电容器设计师沟通开发满足特殊要求的特规电容器。
