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电解电容选型注意事项及各大厂家
- 2019-03-25-

产量来看,钮角电解电容在电容器中占第二位。铝电解电容现在已经从直流发展到交流、从低温发展到高温、从低压发展到高压、从通用型发展到特殊型、从一般结构发展到片式、扁平、书本式等结构。其上限容量已扩展到4F左右,使用频率已达到30kHz,工作温度范围已达到-55℃-150℃,额定电压己达到700V。 

材料:工作电解液有三种成分构成,即溶剂、溶质和添加物。如已长期应用的电解液,其成分为乙二醇、甘油、硼酸和氨水。铝电解电容器逐步发展中已新产生了许多新型电解液,以降低电容器的工作温度范围,如-55℃。

新型电解液的配方原则是

1)用两种溶剂混合以达到互补。

2)用两种弱酸,以提供所需的两种阴离子团。

3)加碱,如有机胺,调整电解液的pH值和闪火电压,改变电阻率。

4)改进电解液特性的添加物,如防止铝氧化膜发生水合作用的磷酸或其盐,吸收氢的二硝基苯等,提高电解液闪火电压的乙烯氧化物。

工艺:大型品铝电解电容器在工艺上进展主要是腐蚀、赋能两个工艺。铝箔的腐蚀系数很高(低压电容器箔已达100,高压者达25)。腐蚀工艺是一种腐蚀液种类、浓度、温度、原箔成分、结构、表面状态,腐蚀过程中箔速度以及电源类型、波形、频率、电压等的动态平衡工艺。

赋能工艺已经可以制造出优质的介质氧化膜,可以根据要求不同,制造出不同的介质氧化膜。对直流电容器,制造出γ和γ'型结晶氧化铝膜,对交流电容器,则为非晶膜。赋能工艺最大的进展是能将氢氧化铝膜转变成介质氧化铝膜、并能在其表面形成防水层。此外,还能消除介质膜的疵点和龟裂。

结构:铝电解电容器的结构形式主要有两种,一种是箔式卷绕形的,另一种是铝粉烧结多孔块状的,固体电解质主要是MnO2。 另还有:双阳极结构、对阴极结构、 书本式结构、三角式结构、片式结构。其中片式的出现是铝电解电容器的又一进步。因为如果没有高比容的铝箔、耐高温的电解液、优异的密封结构和精细的加工技术,是很难制出合乎要求的片式铝电解电容器的,目前,其片式化率还处于比较低的水平。

 

 一、电解电容简介

1、是电容的一种金属箔为正极(铝或钽),与正极紧贴金属的氧化膜(氧化铝或五氧化二钽)是电介质,阴极由导电材料、电解质(电解质可以是液体或固体)和其他材料共同组成。注:铝电解电容是电解电容的一种。

2、因电解质是阴极的主要部分,电解电容因此而得名。同时电解电容正负不可接错。

3、铝电解电容器可以分为四类:芯片型铝电解电容器、引线型铝电解电容器、牛角型铝电解电容器、螺栓式铝电解电容器。

二、电容器特点

1、单位体积的电容量非常大,比其它种类的电容大几十到数百倍。

2、额定的容量可以做到非常大,可以轻易做到几万μf甚至几f(但不能和双电层电容比)。
3、价格比其它种类具有压倒性优势,因为电解电容的组成材料都是普通的工业材料,比如铝等等。
4、制造电解电容的设备也都是普通的工业设备,可以大规模生产,成本相对比较低。
优点:1.容量大;2.耐压高;3.价格便宜。

缺点:1.漏电流大;2.误差大;3.稳定性差;4.寿命随温度的升高下降快。

三、电解电容的应用

1、隔直流:作用是阻止直流通过而让交流通过。

2、旁路(去耦):为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。

3、耦合:作为两个电路之间的连接,允许交流信号通过并传输到下一级电路

4、滤波:这个对DIY而言很重要,显卡上的电容基本都是这个作用。

5、温度补偿:针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响,而进行补偿,改善电路的稳定性。

6、计时:电容器与电阻器配合使用,确定电路的时间常数,时间常数t=RC。

7、调谐:对与频率相关的电路进行系统调谐,比如手机、收音机、电视机。

8、整流:在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。

9、储能:储存电能,用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯,加热设备等等。

有极性电解电容器通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。一般不能用于交流电源电路,在直流电源电路中作滤波电容使用时,其阳极(正极)应与电源电压的正极端相连接,阴极(负极)与电源电压的负极端相连接,不能接反,否则会损坏电容器。

无极性电解电容器通常用于音箱分频器电路、电视机S校正电路及单相电动机的起动电路和电源的整形滤波

电解电容的极性,注意观察在电解电容的侧面有“-”是负极、“+”是正极,如果电解电容上没有标明正负极,也可以根据它的引脚的长短来判断,长脚为正极,短脚为负极。

四、电解电容选型几大要素

1、容量(必须参数)

电容选型中,对电流变化节奏快的地方要用容量较大的电容,但并非容量越大越好,容量增大,成本和体积可能会上升;另外,电容越大充电电流就越大,充电时间也会越长。这些都是实际应用选型中要考虑的。

2、耐压(必须参数)

在最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容器的最高直流电压有效值,一般直接标注在电容器外壳上,如果工作电压超过电容器的耐压,电容器击穿,造成不可修复的永久损坏。

3、工作温度范围(必填参数)

在低于下限温度限值的工作并不会损坏电容,尤其是当纹波电流流经器件时,由于增加ESR而产生的热量耗散会提高电容器温度,使其远大于环境温度,使电容可维持设备运行。

在上限类别温度指电容器可连续工作的最高容许环境温度,这取决于电容器设计,在对应的IEC气候类别中有说明。如果超过该限值,电容器会过早失效。对于一些特质系列的电容,短时间允许超过上线类别温度。详情参见相应的规格书。

使用寿命和可靠性很大程度上取决于电容温度。在最低可能温度下工作可提高寿命及可靠性,因此推荐使用。同样的,建议选择在温度最低处安装电解电容器。

4、尺寸(必须参数)

尺寸就是外型(不包括引线)的直径加高。尺寸与重量及接脚型态相关。single ended是径向引线式,screw是锁螺丝式,另外还有贴片铝电解电容等。重量方面同容量同耐压,不同品牌的两个电容相比重量一定不同,外型尺寸更与外壳规划有关。一般情况,直径相同、容量相同的电容,高度低的可以替换高度高的电容。

5、容量误差(必须参数)

电容器实际电容量与标称电容量的偏差称误差,在允许的偏差范围称精度。

精度等级与允许误差对应关系:Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、Ⅳ-(+10%-20%)、Ⅴ-(+20%-50%)、Ⅵ-(+30%-50%)

一般电容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级,电解电容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级,根据用途选取。

6、工作寿命(必须参数)

首先明确!铝电解电容一定会坏,只是时间问题。影响电容寿命的原因有很多,过电压,逆电压,高温,急速充放电等等,正常使用的情况下,最大的影响就是温度,因为温度越高电解液的挥发损耗越快。需要注意的是这里的温度不是指环境或表面温度,是指铝箔工作温度。

7、介质损耗

电容器在电场作用下消耗的能量,通常用损耗功率和电容器的无功功率之比,即损耗角的正切值表示(在电容器的等效电路中,串联等效电阻ESR同容抗1/ωC之比称之为Tanδ,这里的ESR是在120Hz下计算获得的值。

显然,Tanδ随着测量频率的增加而变大,随测量温度的下降而增大)。损耗角越大,电容器的损耗越大,损耗角大的电容不适于高频情况下工作。耗散因数(DF)存在於所有电容器中,有时DF值会以损耗角tanδ表示,此参数越低越好。

8、ESR

电容器会因其构造而产生各种阻抗、感抗。ESR等效串联电阻及ESL等效串联电感是一对重要参数,这是容抗的基础。等效串联电阻(ESR)很小的电容相对较大容量的外部电容能很好地吸收快速转换时的峰值(纹波)电流。用ESR大的电容并联更具成本效益。这需要在PCB面积、器件数目与成本之间寻求折中。

9、纹波电流和纹波电压
在目前收集的资料中又称涟波电流和涟波电压,其实就是ripple current,ripple voltage。含义就是电容器所能耐受纹波电流/电压值。纹波电压等于纹波电流与ESR的乘积。

当纹波电流增大,ESR保持不变的情况下,纹波电压也会成倍提高。同样,当纹波电压增大时,纹波电流也随之增大,这也是要求电容具备更低ESR值的原因。叠加入纹波电流后,由于电容内部的等效串连电阻(ESR)引起发热,从而影响到电容器的使用寿命。一般的,纹波电流与频率成正比,因此低频时纹波电流也比较低。

10、漏电流

电容器的介质对直流电流具有很大的阻碍作用。由于铝氧化膜介质上浸有电解液,在施加电压时,重新形成的以及修复氧化膜的时候会产生一种很小的称之为漏电流的电流。漏电流会随着温度和电压的升高而增大。它的计算公式大致是:I=K×CV。漏电流 I 的单位是μA,K是常数。通常,电容器容量越高,漏电流就越大。从公式可得知额定电压越高,漏电流也越大,因此降低工作电压亦可降低漏电流。

11、阻抗

在特定的频率下,阻碍交流电流通过的电阻即为所谓的阻抗。它与电容等效电路中的电容值、电感值密切相关,且与ESR也有关系。电容的容抗在低频率范围内随着频率的增加逐步减小,频率继续增加达到中频范围时电抗降至ESR的值。当频率达到高频范围时感抗变为主导,所以阻抗是随着频率的增加而增加。

 

五、电解电容生产厂家

1、日本尼吉康(NICHICON)

尼基康是日本三大电容器厂家之一,1950年创立。如今综合的水平在“日本三CON”稳步居中,国际市场占有率17%。芯片类PCH、PCL系列有更高的温度及寿命保证,UCM、UCV系列有超低阻抗,LGZ系列卡入式端子型铝电容器,保证在105°C下保持20,000小时,实现世界上最长寿命,在车载产品芯片类也有一定造诣。在这里还要涉及到各厂家生产后的温度寿命等余量,尼吉康在这方面做得较低调略好,在国内无锡和宿迁也有工厂,部分系列的交期还不错。

2、日本黑金刚(CHEMICON)

黑金刚是日本三大电容器厂家之一,如今的黑金刚在电解电容上造诣很深,国际市场占有率22%。其“高压”有鲜明特点。数字智能、太阳能、汽车、功率等;KXF、KCL超小型系列及聚合物铝电解电容PMA系列模塑塑料外壳等等,就整体综合实力在“日本三CON”中是属于前列。

3、日本红宝石(Rubycon)

红宝石是日本三大电容器厂家之一,国际市场占有率13%。18年开发出一系列混合型产品实现了高耐压和高导电聚合物铝固体电解电容器的能力,新开发混合型PSV系列具有优异的温度特性,保证高温和高纹波电流。“日本三CON”众所周知是目前国际电解电容知名品牌,质量经过几十年实战检验。在综合应用上“三CON”基本可以相互替换,其各个特点优势随实际环境应用略有不同。

4、台湾立隆(Lelon)

5、台湾丰宾(CapXon)

6、三洋(SANYO)

7、万裕三信(SAMXON)

8、南通江海(Jianghai)

9、等等

 

六、大型品铝电解电容怎么测量好坏

1、万用表检测法

对于0.01μF以上的固定电容器。可用万用表的R×1k挡直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电,并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容的容量。测试操作时,先用两表笔任意触碰电容的两引脚,然后调换表笔再触碰一次,如果电容是好的,万用表指针会向右摆动一下,随即向左迅速返回无穷大位置。电容量越大,指针摆动幅度越大。如果反复调换表笔触碰电容两引脚,万用表指针始终不向右摆动,说明该电容的容量已低于0.01μF或者已经消失。测量中,若指针向右摆动后不能再向左回到无穷大位置,说明电容漏电或已经击穿。

2、熔断器简易检测法

用熔断器(其熔丝的额定电流In由下式确定:IN=0.8/C(A),其中C是电容器的电容量)和待检测的电容器串联接在220V的交流电源上,如果熔断器的熔丝爆断,说明电容器内部已经短路。如果熔断器的熔丝不爆断,经过几秒钟的充电后,切断电源,用带绝缘把的螺丝刀把电容器的两极短路放电,有火花发生说明电容器是好的。反之,表示电容器的电容量已经变小或已经开路。用此法判断电容器的好坏应重复几次才能得到正确的结论。

3、白炽灯泡和电容器串联检测法

把白炽灯泡和电容器串联接在220V的交流电源上,如果白炽灯泡的亮度比把它直接接在220V交流电源上暗一些,说明电容器是好的;如果白炽灯泡不亮,说明待测电容器的内部已经断路;如果白炽灯泡的亮度和它直接接在220V交流电源上的亮度一样,说明电容器的内部已经短路。

4、兆欧表检测法

也可用兆欧表(250V级)来进行检测。摇动手柄,如指针指在无穷大处,表示电容器内部断路;如指针指在零处,表示电容器内部短路。还可做电容器的通地试验,方法是:把兆欧表的接线柱分别接于电容器的接线端子和外壳。摇动手柄,如指针指在零处,表示电容器内部通地。