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正确使用铝电解电容器的方法
目录
TECHNICAL NOTE
1. 铝电解电容器的概述
1-1 铝电解电容器的基本模型
1-2 铝电解电容器的基本构造
1-3 电容器材料的特性
1-4 制造工艺
2. 基本性能
2-1 基本的电气特性(静电容量、损失角正切值、漏电流)
2-2 阻抗的频率特性
3. 可靠性
4. 故障模式
5. 铝电解电容器的寿命
5-1 周围温度与寿命
5-2 工作电压与寿命
5-3 纹波电流与寿命
5-4 充放电与寿命
5-5 浪涌电流
5-6 异常电压与寿命
6. 卤素的影响
6-1 助溶剂的影响
6-2 清洗剂
6-3 固定剂、涂层剂
6-4 熏蒸的影响
7. 再起电压
8. 保管
9. 各种用途的制品选择要点
9-1 开关调整器输入平滑用途
9-2 开关调整器输出平滑用途
9-3 变换器主电路平滑用途
9-4 控制电路用途
9-5 照相闪光灯用途
1.铝电解电容器的概述
1-1 铝电解电容器的基本模型
电容器是无源器件, 在各种电容器中,铝电解电容器与其他
电容器相比,相同尺寸时,CV值更大,价格更便宜。
电容器的基本模型如图-1所示,静电容量计算式如下:
C=8.854×10
- 12
εrS
(F) ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯(1)
εr : 介电常数
S : 电极板表面积(m
2
)
d : 两极板间距离=电介质的厚度(m)
从式(1)中可以看出:静电容量与介电常数,极板表面积成正比,
与两极板间距离成反比。
作为铝电解电容器的电介质氧化膜(Al
2
O
3
)的介电常数通常
为8~10,这个值一般不比其他类型的电容器大,但是,通过对铝箔
进行蚀刻扩大表面积,并使用电化学的处理得到更薄更耐电压的
氧化电介质层,使铝电解电容器可以取得比其他电容器更大的单
位面积CV值。
铝电解电容器的等效电路如图-2所示:
铝电解电容器主要构成如下:
阳极 ⋯铝箔
电介质⋯阳极铝箔表面形成的氧化膜(Al
2
O
3
)
阴极 ⋯真正的阴极是电解液
其他的组成成分包括浸有电解液的电解纸,和电解液相连的阴极箔。
综上所述,铝电解电容器是有极性的非对称构造的元件。两个电极
都使用阳极铝箔的是两极性(无极性)电容。
铝电解电容器素子的构造如图-3所示,由阳极箔,电解纸,
阴极箔和端子(内外部端子)卷绕在一起含浸电解液后装入铝壳,
再用橡胶密封而成。
铝电解电容器、根据制品的形状不同,外部端子的形状,密封
橡胶的材料和构造也不同。如图-4所示
(CE04 型)
(CE692 型)
引线(端子)
铝线
电解纸
阴极铝箔
阳极铝箔
引线
(端子)
铝引线
封口橡胶
套管
铝壳
素子
端子
铝铆钉
封口材料
素子
铝壳
压力阀
套管
d
相对电极
S
εr
电解液
L
A
D
A
R
C
A
R
A
D
C
C
C
R
C
L
C
电介质(Al
2
O
3
)
电
解
纸
阳
极
箔
阴
极
箔
1-2 铝电解电容器的基本构造
图4 铝电解电容器的构造(形状的代表例)
图1 电容器基本模型
图2 电容器等效回路
图3 素子基本构造
C
A
, C
C
:阳极箔、阴极箔的静电容量
D
A
, D
C
:阳极箔、阴极箔氧化膜的整流作用
L
A
, L
C
:阳极引线、阴极引线的电感
R : 电解液和电解纸的电阻
R
A
, R
C
:阳极箔、阴极箔的氧化膜的顺方向
内部电阻
d
涂层
铝
壳
素子
封口橡胶
铝线
台座
引线(端子)
(CE32 型)
正确使用铝电解电容器的方法
目录中记载的内容有可能未经提示而变更。贵司在购买、使用时请要求敝司提供规格书,并以此为基准去使用。
CAT. No. C1001Y 2024
裁剪概略图
裁剪刀
端子
阳极箔
电解纸
阴极箔
含浸概略图
电解液
铝壳
素子
封口橡胶
铝箔是铝电解电容器主要材料,将铝箔设置为阳极,在电解液
中通电后,铝箔的表面会形成氧化膜(Al
2
O
3
),此氧化膜的功能为电
介质。
如图-5所示,形成氧化膜后的铝箔在电解液中是具有整流特性
的金属,被称之为阀金属。
《阳极铝箔》
首先,为了扩大表面积,将铝箔材料置于氯化物水溶液中进行
电化学蚀刻。然后,在硼酸铵溶液中施加高于额定电压的电压后,
在铝箔表面形成电介质氧化层(Al
2
O
3
),这个电介质层是很薄很致
密的氧化膜,大概1.1~1.5nm/vot , 绝缘电阻大约为10
8
~ 10
9
Ω/m。
氧化层的厚度和耐压成正比。为了增加扩大表面积的效率,根据额
定电压的不同,而蚀刻形状也不同。(如图-6)
《阴极铝箔》
同阳极箔一样,阴极铝箔同样有蚀刻的程序,但是没有氧化的
程序。因此,阴极铝箔表面只有少量的自然氧化形成的(Al
2
O
3
),
能承受的电压只有0.5V左右。
图-6 铝箔蚀刻横截面
《电解液》
电解液是由离子导电的液体,是真正意义上的阴极,起着连接
阳极铝箔表面电介质层的作用。而阴极铝箔类似集电极一样起着
连接真正阴极和内部电路的作用。电解液是决定电容器特性(温度
特性,频率特性,使用寿命等)的关键材料。
《电解纸》
电解纸主要起着均衡电解液的分布并保持阴极箔和阳极箔间
隔的作用。
《铝壳和封口材料》
铝壳和由橡胶制成的封口材料主要作用是保持电容器气密性。
蚀刻模型图
化成模型图
Al
2
O
3
制造工艺1-4电容器材料的特性1-3
① 蚀刻(扩大表面积)
蚀刻的作用是扩大铝箔表面积。
蚀刻是在氯化物溶液中施加交流或
直流电流的电化学过程。
② 化成(形成电介质层)
化成是在阳极铝箔表面形成电介
质层(Al
2
O
3
)的过程。一般将化成过
的铝箔作为阳极使用。
③ 裁剪
按照不同产品的尺寸要求将铝箔
(阴极箔和阳极箔)和电解纸剪切为
需要的尺寸
④ 卷绕
将阴极箔和阳极箔之间插入电解
纸,然后卷绕成圆柱形,在卷绕工艺
上阴极箔和阳极箔上连接端子。
⑤ 含浸
含浸是将素子浸入电解液中的过
程。电解液能对电介质层进一步修复。
⑥ 密封
密封是将素子装入铝壳中后用封
口材料(橡胶,橡胶盖等)密封的过程。
⑦ 老化(再化成)
老化是对密封后的电容器在高温
下施加电压的过程。这个过程能将
裁剪和卷绕过程时电介质层的一些
受损进行修复。
⑧ 全检,包装
老化之后,将对所有产品进行电
气特性检查。并进行端子加工,编带
等。最后进行包装。
⑨ 出货检查
根据产品检验标准进行出货检验。
⑩ 出货
AC电蚀刻表面截面图
DC电蚀刻表面截面图
低压铝箔
高压铝箔
图-5 氧化铝箔 V-I 特性
0
V
I
正确使用铝电解电容器的方法
铝
箔
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