1、鋁電解電容器原理是什么及應(yīng)

鋁電解電容器是一種由鋁箔片和阻抗液組成的電容器，它的工作原理是：當(dāng)電流通過(guò)鋁箔片時(shí)，鋁箔片上會(huì)形成一層薄膜，這層薄膜會(huì)把鋁箔片和阻抗液之間的電路隔離開(kāi)來(lái)，從而形成一個(gè)電容器。

鋁電解電容器的應(yīng)用非常廣泛，它可以用于電子設(shè)備的電源供電，電路的濾波，電路的調(diào)節(jié)，電路的穩(wěn)定，電路的諧振，電路的抑制，電路的延遲，電路的抗干擾等。此外，鋁電解電容器還可以用于電池的充電，電池的放電，電池的恒流充電，電池的恒壓充電等。

2、鋁電解電容原理是什么失失效原理

鋁電解電容的失效原理主要有三種：

1、電解液析出：由于鋁電解電容的電解液中含有水分，在高溫下，水分會(huì)析出，使電解液的電導(dǎo)率降低，從而導(dǎo)致電容器的容量減小。

2、電解質(zhì)析出：由于鋁電解電容的電解液中含有電解質(zhì)，在高溫下，電解質(zhì)會(huì)析出，使電解液的電導(dǎo)率降低，從而導(dǎo)致電容器的容量減小。

3、極板變質(zhì)：由于鋁電解電容的極板是由鋁和鋁氧化物組成的，在高溫下，鋁氧化物會(huì)變質(zhì)，使電容器的容量減小。

3、鋁電解電容的詳細(xì)介紹

一：基本定義

1、電容器------由兩個(gè)導(dǎo)電極板，中間放置著具有介電特征的物質(zhì)所組成的分立元件。

2、電解電容器——、鋁電解電容器是有極性的電容器，它的正極板用鋁箔，將其浸在電解液中進(jìn)行陽(yáng)極氧化處理，鋁箔表面上便生成一層三氧化二鋁薄膜，其厚度一般為0.02 - 0.03μm。這層氧化膜便是正、負(fù)極板間的絕緣介質(zhì)。電容器的負(fù)極是由電解質(zhì)構(gòu)成的，電解液一般由硼酸、氨水、乙二醇等組成。為了便于電容器的制造，通常是把電解質(zhì)溶液浸漬在特殊的紙上，再用一條原態(tài)鋁宿與浸過(guò)電解質(zhì)溶液的紙貼合在一起，這樣可以比較方便地在原態(tài)鋁箔帶上引出負(fù)極，如圖 (a) 所示。將上述的正、負(fù)極按其中心軸卷繞，便構(gòu)成了鋁電解電容器的芯子，然后將芯子放入鋁外殼封裝，便構(gòu)成了鋁電解電容器。為了保持電解質(zhì)溶液不泄漏、不干涸，在鋁外殼的口部用橡膠塞進(jìn)行密封，如圖(b) 所示。

兩個(gè)極板有陽(yáng)(正)極和陰(負(fù))極之分，其中作為陽(yáng)極的是采用特定的閥金屬，并在該金屬表面上籍助于電化學(xué)方法生成一極薄且具有單向?qū)щ娦缘难趸ぷ鳛榻橘|(zhì)，而陰極通常是采用能生成和修復(fù)介質(zhì)氧化膜的液狀或固狀的電解質(zhì)，這樣一種特殊結(jié)構(gòu)和特殊工藝制造的電容器。

為了獲得較大的電容量且體積又要小，在正極鋁箔的一面用化學(xué)腐蝕方法形成凸凹不平的表面，使電極的表面積增大，從而使電容量增加。鋁電解電容器之所以有極性，是因?yàn)檎龢O板上的氧化鋁膜具有單向?qū)щ娦?，只有在電容器的正極接電源的正極，負(fù)極接電源的負(fù)極時(shí)，氧化鋁膜才能起到絕緣介質(zhì)的作用。如果將鋁電解電容器的極性接反，氧化鋁膜就變成了導(dǎo)體，電解電容器不但不能發(fā)揮作用，還會(huì)因有較大的電流通過(guò)，造成過(guò)熱而損壞電容器。為了防止鋁電解電容器在使用時(shí)發(fā)生意外爆炸事故，一般在鋁外殼的端面壓制有向槽式的機(jī)械薄弱環(huán)節(jié)，一旦電解電容器內(nèi)部壓力過(guò)高，薄弱環(huán)節(jié)的溝槽便會(huì)開(kāi)裂，進(jìn)行世壓防爆。

無(wú)極性(雙極性)電解電容器采用雙氧化膜結(jié)構(gòu)，類似于兩只有極性電解電容器將兩個(gè)負(fù)極相連接后構(gòu)成，其兩個(gè)電極分別為兩個(gè)金屬極板(均粘有氧化膜)相連，兩組氧化膜中間為電解質(zhì)。有極性電解電容器通常在電源電路或中頻、低頻電路中起電源濾波，退耦(ǒu)、信號(hào)耦合及時(shí)間常數(shù)設(shè)定、隔直流等作用。無(wú)極性電解電容器通常用于音響分頻器電路、電視機(jī)S校正電路及單相電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電路。

二：電氣參數(shù)

鋁電解電容器常用標(biāo)稱：電容量(C)、損耗角正切(tgδ)、漏電流(I)、額定工作電壓(U)、阻抗(Z)

1、電容量：是指在電容器上標(biāo)明的電容量值，是設(shè)計(jì)容量的名義值。

2、損耗角正切：用于脈動(dòng)電路中的鋁電解電容器，實(shí)際上要消耗一小部分有功的電功率，這可用損耗角正切來(lái)表征，它是電容器電能量損耗的有功功率與無(wú)功功率之比。對(duì)于電解電容較常采用串聯(lián)等效電路，如圖1-1所示，則其損耗角正切tgδ為

固態(tài)電解電容器

3.漏電流：

漏電流：當(dāng)對(duì)電容器施加直流電壓時(shí)，將觀察到充電電流的變化：開(kāi)始很大，然后逐漸隨時(shí)間而下降，但并不等于零，而是達(dá)到某一終值后，趨于穩(wěn)定狀態(tài)，這一終值稱為漏電流。

漏電流ILC 是電解電容器五大電參數(shù)之一，用來(lái)表征電解電容器的絕緣質(zhì)量。與施加電壓的大小、環(huán)境溫度的高低和測(cè)試時(shí)間的長(zhǎng)短都有密切關(guān)系，故在規(guī)定漏電流值時(shí)必須標(biāo)明其測(cè)試時(shí)間“t”、施加電壓“U”和環(huán)境溫度“T”的大小。ILC 與測(cè)試時(shí)間(即施加電壓時(shí)間)、施加電壓大小和環(huán)境溫度之間的關(guān)系如圖1-2所示。

對(duì)于鋁電解電容器，漏電流通常用下式表示：

I=KCU+M A

式中：C——電容器的標(biāo)稱電容量(F);

U——額定工作電壓(V);

K，M——常數(shù)。

其中K值，稱之為漏電流常數(shù)。對(duì)于不同類型的電解電容器具有不同值，如CD11型產(chǎn)品，K=0.03; CD110型產(chǎn)品，K=0.01;低漏電流產(chǎn)品，K=0.001～0.002。

對(duì)于M值，除了主要考慮氧化膜本身漏電流外，還應(yīng)考慮到電容器表面漏導(dǎo)電流的影響。M值主要取決于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和CU值的大小。CU值較小者，其表面漏導(dǎo)電流影響較大，M值也相應(yīng)附加較大值;CU值較大者，表面漏導(dǎo)電流影響就較小，M值可以忽略不計(jì)。所以M值可以在0～20范圍內(nèi)取值。

4.額定工作電壓(U)

指在下限類別溫度和額定溫度之間的任一溫度下，可以連續(xù)施加在電容器的最大直流電壓或最大交流電壓有效值或脈沖電壓的峰值。

5.阻抗

三：主要電氣參數(shù)分析

1.阻抗、電容量、損耗角正切和等效串聯(lián)電阻的關(guān)系

對(duì)電解電容器來(lái)說(shuō)，通常用是容量C、損耗角正切tgδ和阻抗Z或等效串聯(lián)電阻ESR來(lái)描述在脈動(dòng)電路中的電氣特性。一般電解電容器的電感量L不太大，不會(huì)超過(guò)100nH(納亨)，電解電容器的等效電路圖1-3所示。

因此，電容器的阻抗將隨著損耗角正切的增加而增大。這意味著在同一電壓下,阻抗大者容許通過(guò)的交流電流要小一些,換言之,即由于電容器有損耗,所以在電路中它的電容量相應(yīng)地有所減小,不是測(cè)試出來(lái)的C值,而是有效電容量:

顯然,電容的阻抗值,概括了各種影響因素既能所映電容本身在電路中真正作用,又能根據(jù)它的溫度頻率特性的好壞,從中分析電容器的工藝及結(jié)構(gòu)是否合理,例如,低溫時(shí)阻抗增大很多,從而工藝上分析原因,頻率升高時(shí),阻抗值下降遲緩,也如要從工藝上找原因.

由電解電容器串聯(lián)等效電路得知：

tgδ=ωCr

式中損耗電阻r 是由三部分組成的： a、氧化膜介質(zhì)損耗的等效串聯(lián)電阻r介;b、代表工作電解液的等效串聯(lián)電阻r液;c、代表金屬電極、引出線(片)以及接觸電阻等組成的r金 。即：

r=r介+r液+r金

r被稱為等效串聯(lián)電阻，英文縮寫(xiě)為ESR(equivalent series resistance)。故：

2.溫度頻率特性

電解電容器的主要電氣能數(shù)C、tgδ和Z與使用環(huán)境溫度、頻率有著極為密切的依賴關(guān)系。所謂溫度特性指電容器的C、tgδ和Z隨環(huán)境溫度變化的規(guī)律性，而頻率特性則描述電容器的C、tgδ和Z隨頻率變化的規(guī)律性。電容器的溫度頻率性不僅反映介質(zhì)微觀變化的內(nèi)在規(guī)律，而且還與電解液的性質(zhì)、電解紙的種類以及電容器的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)。當(dāng)然從使用角度來(lái)看，要求它隨溫度頻率的變化越小越好。

2.1頻率特性

2.1.1 C、tgδ～f關(guān)系

在低頻段，構(gòu)成電容器的介質(zhì)，其偶極子極化能跟得上外加電場(chǎng)頻率的變化，這樣介質(zhì)極化率就大，其極化對(duì)容量的貢獻(xiàn)也就大，且損耗也小;在高頻段，則與上述相反，隨著頻率的提高，介質(zhì)偶極子極化跟不上外加電場(chǎng)的變化，C就會(huì)下降，tgδ增加，這種變化關(guān)系如圖1-4所示。

2.1.2 Z～f關(guān)系

由于電解電容器固有電感的影響,使阻抗Z的頻率特性曲線存在 “U”形的特性,如圖1-5所示。從公式中可以看出(復(fù)阻抗)，在低頻段容抗在阻抗中占主要地位，隨著頻率的增加，阻抗減小，當(dāng)阻抗達(dá)到某一最低值時(shí)，此頻率為諧振頻率。在高頻段，感抗影響占主要地位，電感是由電流流過(guò)金屬電極、引線和金屬外殼時(shí)所形成的。下面列舉不同規(guī)格的鋁電解電容器16V470uF和250 V10uF、47uF、100uF，其阻抗頻率特性1-6所示。

2.2溫度特性

2.2.1 C、tgδ～T關(guān)系

由于電解液是離子導(dǎo)電，離子導(dǎo)電能力都毫不例外地隨著溫度的增加而增加。在低溫時(shí)電解液趨于“冰凍”，其離子的遷移運(yùn)動(dòng)受到的阻力將大大增加，并隨著溫度的趨低而變大，最終導(dǎo)致r液→∞，則

tgδ將隨著r液 的增大而變大。同理，在高溫時(shí)，r液 變小，tgδ隨之減小，而Cr→C 。

鋁電解電容器tgδ溫度特性主要取決于工作電解液，特別是它的低溫電阻率大小，它的一般規(guī)律是：

A.使用低溫特性好的工作電解液要比使用差的其tgδ溫度特性好,

B.高額電壓的tgδ溫度特性比低壓的要好一些,

C.電容量小的一般要比電容量大的tgδ溫度特性好,

D.使用腐蝕系數(shù)小的鋁箔要比系數(shù)大的tgδ溫度特性好。

鋁電解電容的tgδ要從三個(gè)方面考慮：

A.電解紙的tgδ

B.電解液的電導(dǎo)率

C.正極箔的tgδ

2.2.2 Z～T關(guān)系

從公式(阻抗模量)看出，隨著溫度的提高，tgδ下降，C 也有些增加，但因 tgδ 急速下降，故阻抗Z 將隨著環(huán)境溫度的升高有較快速率下降，見(jiàn)圖1-6所示。

2.3有關(guān)參數(shù)的影響

從等效電路來(lái)看，卷繞型箔式電容影響C和tgδ的主要參數(shù)是γ解和C紙以及陽(yáng)極箔的表面狀態(tài)等，浸漬紙電阻(γ解)的計(jì)算，γ解是指以易浸潤(rùn)的襯墊紙或其他多孔性纖維材料浸透了工作電解液后的電阻，也是稱為襯墊物電阻：

可見(jiàn)，∮值越大，表明襯墊物滲透能力差，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)所用工作電解液在某一低溫下如發(fā)生微晶析出現(xiàn)象，將阻塞襯墊物的結(jié)構(gòu)空隙，從而使∮值顯著增加，所以∮值以與電解液的成分和使用溫度有關(guān)，在低溫大并不是一個(gè)常數(shù)，甚至?xí)黾訋妆丁?/span>

含浸率的影響:

由于陽(yáng)極箔腐蝕參數(shù)高，鋁箔表面的氧化膜是微孔結(jié)構(gòu)，且電解液是有一定粘性，較難完全浸入微孔之中，導(dǎo)致陽(yáng)極箔實(shí)際的有效表面積比理論表面積小，因而實(shí)際電容量就偏低,且含浸率隨著陽(yáng)極箔比容的增大和電解液粘度的增加而下降。

3.影響分析

3.1工作電解液的影響

工作電解液的電阻率大小，對(duì)γ解起決定性作用，從

可以得知;而且它還是一個(gè)變量，這才給電容器的C 和 tgδ的溫頻特性帶來(lái)關(guān)鍵的影響。

據(jù)華爾頓定律，溶液的粘度和電導(dǎo)率的積為—常數(shù)，當(dāng)?shù)蜏貢r(shí)，粘度上升，離子遷移率降低，所以電阻率增加，甚至在更低溫度，電解液還可以結(jié)晶。那么ρ值將增大到不能容忍的程度，因此用粘度大一些的電解液浸漬襯墊物，其γ解 將比粘度較小的電解液大得多，這樣可知，粘度較小的工作電解液的電容器，是有相對(duì)較佳的C 和 tgδ的溫度特性。

我們希望電解液的電阻率和溫度的關(guān)系比較平坦，即希望低溫(-55℃)時(shí)，電解質(zhì)的ρ的值不大于常溫時(shí)的10-20倍，

即ρ -55 / ρ+20≤10-20

最多不大于50倍。

3.2額定電壓的影響

當(dāng)標(biāo)稱電容量是一定時(shí)，如U額高，則必形成較厚的氧化膜。如此，在高額電壓下比低額電壓要求有較大的陽(yáng)極箔表面積。除了用腐蝕方法增大箔的有效面積外，另一辦法就是直接增大箔的幾何尺寸。但如從陽(yáng)極箔的需要表面積增大來(lái)看，因?yàn)檠趸ず穸扰c形成電壓成正比，如保持C不變，當(dāng)U提高n倍時(shí)，陽(yáng)極箔表面積也將增大n倍(假定形成電壓與額定電壓的比值相同)。如果額定電解液的ρ液隨U額高低不同所起的影響不是如此顯著，低壓電容器的γ解比同C的高壓電容器大得多，所以前者的C 、 tgδ溫度和頻率特性要差一些。

4.漏電流及抑制漏電流回升的對(duì)策

4.1漏電流產(chǎn)生的根源

鋁電解電容器的介質(zhì)膜是由電化學(xué)方法形成的Al2O3膜，因厚度極薄，易受原材料純度、制造工藝等因素的影響，故在介質(zhì)膜表面總是或多或少存在微小縫隙、雜質(zhì)和疵點(diǎn)，同時(shí)在晶體結(jié)構(gòu)上易形成晶格缺陷。這樣，鋁電解電容器在施加電壓后，就在上述這些隱患處形成電子電流和離子電流，其中以電子電流為主。此外，應(yīng)考慮電容器表面漏導(dǎo)電流的影響，它與元件表面狀況(如表面的粗糙度、清潔度)及環(huán)境的溫濕度均有關(guān)。因此，漏電流是電解電容器極為重要的電氣參數(shù)之一，是衡量電解電容器品質(zhì)優(yōu)劣、制造工藝是否得當(dāng)和工藝衛(wèi)生文明生產(chǎn)的一個(gè)直接標(biāo)志。

4.2 漏電流的表達(dá)式

鋁電解電容器的漏電流從等效電路可知，它是氧化膜介質(zhì)的體積漏導(dǎo)電流IV和通過(guò)表面的漏導(dǎo)電流IS之和，如圖1-7所示,其表達(dá)式為：

ILC=IV+IS

4.2.2表面漏導(dǎo)電流IS：

IS大小與所用封口材質(zhì)物性和表面狀況如清潔度等有關(guān)，難以用某一公式定量來(lái)描述。因此，清洗對(duì)降低IS 有極其重要作用。

綜上所述，在工程上漏電流通用表達(dá)式為：

ILC=IV+IS=KCU+M

一般地說(shuō)，當(dāng)電容器的CU值比較大，IS≤IV時(shí)，M=0。當(dāng)CU值比較小時(shí)，IS對(duì)IV影響比較大，不可忽略，M可取0～20

4.3 影響漏電流大小因素的分析

4.3.1原材料純度的影響

電解電容器原材料中特別是構(gòu)成芯子的材料對(duì)漏電流影響極大，它包括鋁箔和引線的純度以及電解液中用的各種化學(xué)試劑、去離子水和電解紙中的雜質(zhì)含量，這些都對(duì)漏電流造成極大影響。

鋁電解電容器的陽(yáng)極鋁箔,當(dāng)其純度從99.20%提高到99.99%時(shí)，在相同的條件下其漏電流有明顯下降,特別是在較高工作溫度時(shí),影響更顯著。從圖1-8看出，提高鋁箔純度是延長(zhǎng)電解電容器工作壽命以及降低漏電流的有效途

徑。正極引線的純度也有同樣影響。另外，其他原材料如化學(xué)試劑、電解紙、

橡皮塞、純水等所含氯離子、硫酸根離子含量要求也嚴(yán)格。在工作電解液中即使含有極微量氯化物，也會(huì)對(duì)產(chǎn)品發(fā)生有害的影響,因?yàn)槁然锏拇嬖诓粌H能使氧化膜損壞，而且會(huì)導(dǎo)致陽(yáng)極箔、引線被腐蝕。(因?yàn)镃L-的離子半徑極小，穿透力極強(qiáng)，破壞性強(qiáng))

4.3.2工作電解液的影響

工作電解液不但起到電解電容器陰極作用，而且還要能隨時(shí)提供O2-不斷地供給陽(yáng)極以修補(bǔ)損傷的氧化膜，倘若電解液修補(bǔ)氧化膜和防止氧化膜惡化的能力差，則勢(shì)必使產(chǎn)品漏電流變大和漏電流回升。

此外，電解液中的水會(huì)使氧化膜形成水合氧化膜Al2O3nH2O(n=1～3)，使介質(zhì)膜絕緣性能下降,這同樣會(huì)使漏電流增大。

水合作用在陽(yáng)極和陰極都有可能發(fā)生，特別在陰極更易發(fā)生，水合作用會(huì)造成C下降tgδ增大，嚴(yán)重者使產(chǎn)品鼓脹或開(kāi)閥，所以說(shuō)，水合作用是影響陰極性能的主要原因。

電解液中水的影響：

優(yōu)點(diǎn)：水是優(yōu)質(zhì)溶劑，能電離出很多離了，有利于降低電解液的電阻率;

缺點(diǎn)：

① 使電解液的沸點(diǎn)降低，高溫時(shí)蒸氣壓大，對(duì)密封有影響;

② 高溫下水和鋁及氧化膜作用生成氧化物，增加了表膜的厚度，減少C級(jí)(∵=εS/d)，并且它破環(huán)了氧化膜，導(dǎo)致AI2O3的絕緣性能惡化，電容器的ILC增加，tgδ增加，C變化也大。高溫下由于水不斷產(chǎn)生H2↑，造成內(nèi)壓上升，有爆炸的危險(xiǎn)，在高溫貯存時(shí)較明顯。

③ 過(guò)多的水分，使電解液電阻率下降，同時(shí)溶劑的冰點(diǎn)也下降，一方面改善低溫特性，但一方面在高溫時(shí)， 水能使電解液活化，除了與電極起水合作用外，還會(huì)因雜質(zhì)的存在易產(chǎn)生化學(xué)腐蝕;

④ 含水量多的電解液其閃火電壓較低。

4.3.3制造工藝條件的影響

①老練工藝條件

套管后的產(chǎn)品，按極性加上規(guī)定的直流電壓，通過(guò)芯包內(nèi)工作電解液的電化學(xué)反應(yīng)，對(duì)在生產(chǎn)中受到損傷的介質(zhì)氧化膜加以修復(fù)，使恢復(fù)其固有的良好電性能的過(guò)程，稱為老練。在老練過(guò)程施加老練電壓即是在氧化膜的表面施加—電場(chǎng)，破環(huán)水合氧化膜，(水合氧化膜易被破壞，其結(jié)構(gòu)不如介質(zhì)氧化膜致密，ILC可以從水合氧化膜通過(guò)，而不能從介質(zhì)氧化膜通過(guò)。)使其恢復(fù)介質(zhì)氧化膜的性能，同時(shí)在電場(chǎng)的作用下，工作電解液不斷供氧原子，使生產(chǎn)過(guò)程中遭破環(huán)的氧化膜得以修補(bǔ)。

老練工藝的真正目的是：(1)恢復(fù)固有的電性能，使電容器具備使用條件;(2)剔除質(zhì)量不合格的產(chǎn)品。此外，氧化膜形成時(shí)的電流密度也比電容老練時(shí)的電流密度大得多。由此可見(jiàn)，老練不同于形成，老練是在較低的電壓和較小的電流情況下進(jìn)行的，一般是在非水溶液中進(jìn)行的，對(duì)氧化膜僅僅是緩慢的修補(bǔ)過(guò)程，而形成則是在高壓、大電流狀態(tài)下進(jìn)行的，形成液是水溶液。老練過(guò)程的實(shí)質(zhì)是：將浸漬過(guò)電解液的電容器芯子經(jīng)封裝后的半成品進(jìn)一步動(dòng)態(tài)(加直流電壓)熟化的過(guò)程，通過(guò)加壓使電容器恢復(fù)其固有的電性能，使電容器具備在動(dòng)態(tài)電子線路中使用的條件。因此，電容器的電能數(shù)在老練前后必然有變化。由此可見(jiàn)，電容器的電容量CR、損耗角正切tgδ、漏電流LL經(jīng)老練后下降了，即恢復(fù)了其固有的電性能。值等注意的是：CR、tgδ在老練1h后即趨于穩(wěn)定，只有漏電流還有時(shí)間的延長(zhǎng)而下降。因此老練工藝中時(shí)間和溫度的確定主要取決于漏電流，如何把握這個(gè)“度”是確定老練工藝的關(guān)鍵。

注:20℃120HZ下測(cè)試電容量和損耗，400v10s后測(cè)漏電流值。

老練完畢所測(cè)的漏電流、損耗角正切無(wú)論多小，都不能完全保證耐久性試驗(yàn)中壽命長(zhǎng)，更不能保證可能靠性高，即可靠性高、壽命長(zhǎng)與漏電流小、損耗角正切值低既有關(guān)系而又沒(méi)有簡(jiǎn)單的必然聯(lián)系。因?yàn)殡娙萜鞯目煽啃院蛪勖怯稍牧?鋁箔、電解質(zhì)紙)、密封材料、電解液和整個(gè)工藝過(guò)程決定的，而電解液是決定長(zhǎng)壽命和高可靠的關(guān)鍵。可以說(shuō)，當(dāng)電容器芯子浸過(guò)電解液經(jīng)封裝后(老練前)，電容器的可靠性已基本決定了。

從以上意義來(lái)講，老練工藝依據(jù)的漏電流值以國(guó)標(biāo)為參考即可，如GB9609-88中規(guī)定漏電流：

﹛IL﹜uA≤0.03﹛CR﹜uF﹛VR﹜v (1)

式中：CR為標(biāo)稱電容量;VR為額定電壓。老練工藝中時(shí)間的確定依據(jù)以漏電流的規(guī)定值的三分之一即可。即電容器的高溫加壓老練2h后就可以使電容器恢復(fù)固有的電性能，達(dá)到老練的目的。

②高溫老練溫度和時(shí)間的探討

老練溫度的確定也應(yīng)從有利于可靠性和長(zhǎng)壽命的角度出發(fā)。具體的依據(jù)應(yīng)從兩方面考慮：第一，電容器的額定工作溫度。第二，老練的目的---剔除質(zhì)量不合格的產(chǎn)品。這樣電容器的高溫老練溫度以額定工作溫度正偏5℃為宜。

統(tǒng)計(jì)400v/100 uF ￠22mm×35mm老練電流下降情況(見(jiàn)表2)可得結(jié)論，電容器在高溫老練過(guò)程中，總電流的變化經(jīng)歷上升→最大→下降→最小→恒定等幾個(gè)階段，最佳的高溫老練時(shí)間確定在到達(dá)最小電流之時(shí)(額定溫度到達(dá)后2h)即可，再長(zhǎng)的老練時(shí)間是浪費(fèi)。從剔除不合格品的角度來(lái)看，電容器爆炸、鼓底發(fā)生的時(shí)間一般在電流的上升階段，即最大電流到達(dá)之前(額定溫度到達(dá)前后)。

5.電容器在脈動(dòng)電路中的發(fā)熱：

電容器接入脈動(dòng)電路后，除了完成其功能外，還要消耗一部電能，并轉(zhuǎn)變成熱耗，一方面電容器本身發(fā)熱;另一方面也通過(guò)電容器外表向周?chē)浇h(huán)境散熱，所消耗的電能常用有功功率損耗P有來(lái)表示，對(duì)電容來(lái)講，由兩部份組成; (1)由于較大的漏電流所引起的發(fā)熱損耗，這種情況一般是指高溫情況下。

(2)由于存在tgδ所引起的發(fā)熱損耗，嚴(yán)格地講它包括三個(gè)部份，介質(zhì)損耗、電解質(zhì)損耗、導(dǎo)電及接觸電阻損耗;

另外注意,并聯(lián)電路所所推導(dǎo)出的公式,適用于正弦電壓,如果電壓波形為非正弦曲線，即除頻率為f1的正弦基波外,還會(huì)有高次諧波,則P有可能顯著增加,在此情況下，電容的總功率損耗是每個(gè)單獨(dú)頻率下?lián)p耗之和。

鋁電解電容的最高容許溫度決定于工作電解液，不得超過(guò)使電解液性能惡化，發(fā)生不可逆的溫度。

6.使用中提高電解電容器壽命措施

無(wú)論電容器在電子技術(shù)哪個(gè)領(lǐng)域中使用，都希望所用元件滿足性能要求，不會(huì)輕易受損，達(dá)到延長(zhǎng)使用壽命的目的。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)對(duì)電解電容器的性能有更深入的了解，做到心中有數(shù)，不要使電容器一直處于工作頂峰狀態(tài)。具體從以下幾個(gè)方面來(lái)考慮。

6.1降低所處環(huán)境溫度

降低所處環(huán)境溫度，使電容器不在上限類別溫度下工作，另外還要考慮電容器本身發(fā)熱影響，這一點(diǎn)對(duì)液體電解質(zhì)類型產(chǎn)品尤為重要。如果產(chǎn)生高溫，會(huì)使漏電流劇增，氣體增多，使外殼處于內(nèi)壓急增狀態(tài);另外高溫能使電解液加速干涸，相對(duì)縮短產(chǎn)品壽命。因此對(duì)長(zhǎng)壽命要求的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，工作溫度應(yīng)控制在50℃以下，這樣相應(yīng)的壽命約可提高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)。例如在45℃以可工作20年的計(jì)算機(jī)電容器，在85℃下則只能工作1～2年。如需要應(yīng)用在上限類別溫度(85℃)，則電容器芯子中心溫度應(yīng)不超過(guò)95℃，而且還得視所選擇工作電解液的性質(zhì)而定。這種高溫影響對(duì)固體鉭電容器來(lái)說(shuō)，不如鋁電解電容器那么嚴(yán)重，但肯定也是有害的。

6.2降低額定電壓的使用上限

降低額定電壓的使用上限，也就是降低介質(zhì)氧化膜的工作場(chǎng)強(qiáng)，對(duì)鋁電容器將適用。降負(fù)荷一半后，電容器的壽命能提高2個(gè)數(shù)量級(jí)之多。

實(shí)際上鋁氧化膜如出現(xiàn)損傷和被腐蝕，修補(bǔ)氧化膜拜出只能在最高的工作電壓下進(jìn)行，局部難于恢復(fù)到原始形成電壓值下的氧化膜厚度，所以過(guò)分降低工作電壓，對(duì)鋁電解電容器也并不是最合適的措施。

比較以上兩個(gè)因素的影響，對(duì)鋁電容器來(lái)說(shuō)，以降低工作溫度為最關(guān)鍵。

6.3控制工作中的紋波電流值

電解電容器用在脈動(dòng)電路中，造成功率消耗而發(fā)熱升溫的主要因素是紋波電流(對(duì)較小容量的電容器則是紋波電壓)的大小，一般提供的失效率與溫度關(guān)系曲線大都是在無(wú)紋波的直流電壓下測(cè)出的只考慮了漏電流，比此時(shí)芯子內(nèi)部中心溫度幾乎與環(huán)境溫度相差不多?？墒窃趯?shí)際應(yīng)用中，由于紋波電流所導(dǎo)致的發(fā)熱能使芯子中心溫升，最高時(shí)可達(dá)到幾十?dāng)z氏度。(芯子溫升取決于電容器所處環(huán)境溫度和對(duì)紋波電流的控制)。所以，高紋波電流易造成芯子的電解液干涸，電容器早期失效。同時(shí)，長(zhǎng)時(shí)間紋波電流超過(guò)規(guī)定值，也是導(dǎo)致電容器防爆閥打開(kāi)的因素之一。

6.4避免頻繁的浪涌電壓施加到電容器上

電路的開(kāi)或關(guān)，都會(huì)產(chǎn)生一過(guò)渡狀態(tài)的瞬間電壓，一般其值要大于工作電壓，而且相應(yīng)地產(chǎn)生一沖擊電流，如果電源和負(fù)載的電阻均較小，這樣瞬時(shí)電流值相當(dāng)大，容易引起電解電容器氧化膜的損傷，因?yàn)殡娙萜髟诖鬀_擊電流下 ，容易在膜的薄弱區(qū)域發(fā)熱促使晶化提早產(chǎn)生，并降低耐壓能力，所以為提高使用壽命，應(yīng)避免發(fā)生頻繁的浪涌電壓施加到電容器上，當(dāng)工作電壓接近額定電壓時(shí)，更是如此。

6.5選擇漏電流值較小的電容器

作為長(zhǎng)壽命使用的電解電容器，除了以上4點(diǎn)外加因素的考慮外，在選用中還要選擇在同類型中漏電流特別小的電容器。這表明它具有較高質(zhì)量的氧化膜和合適的工作電解質(zhì)。一旦環(huán)境溫度較高，相應(yīng)的漏電流增加就較慢。否則在互為影響的情況下，當(dāng)漏電流劇增，內(nèi)部溫度將上升，反過(guò)來(lái)使漏電流再上升，一直惡化直至失去熱平衡而破壞為止。

4、鋁電解電容的主要參數(shù)有哪些？

鋁電解電容是以經(jīng)過(guò)蝕刻的高純度鋁箔作為陽(yáng)極，以浸有電解液的薄紙或布做陰極構(gòu)成的極性電容器。

優(yōu)點(diǎn)：容量大、耐壓高 、價(jià)格便宜

缺點(diǎn)：漏電流大 、誤差大 、穩(wěn)定性差 、壽命隨溫度的升高下降很快

數(shù)字電路中使用的鋁質(zhì)電解電容一般用于電源平滑濾波，除容量、耐壓、容量誤差、工作溫度、封裝尺寸等熟知的參數(shù)外，還有兒個(gè)有關(guān)電容器品質(zhì)的重要參數(shù)，包括損耗角正切、漏電流、等效串聯(lián)電阻ESR、允許的紋波電流、使用壽命等。這些參數(shù)不標(biāo)在成品封裝外皮上，只在產(chǎn)品規(guī)格書(shū)中體現(xiàn)的，但這些參數(shù)有可能是關(guān)系電路性能的關(guān)鍵。

容量和額定工作電壓

鋁電解電容本體上標(biāo)有的容量和耐壓，這兩個(gè)參數(shù)是很重要，是選用電容最基本的內(nèi)容。

在實(shí)際電容選型中，對(duì)電流變化節(jié)奏快的地方要用容量較大的電容，但并非容量越大越好，首先，容量增大，成本和體積可能會(huì)上升，另外，電容越大充電電流就越大，充電時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)。這些都是實(shí)際應(yīng)用選型中要考慮的。

額定工作電壓：在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，電容長(zhǎng)期可靠地工作，它能承受的最大直流電壓。在交流電路中，要注意所加的交流電壓最大值不能超過(guò)電容的直流工作電壓值。常用的固定電容工作電壓有6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、2500V、400V、500V、630V。電容在電路中實(shí)際要承受的電壓不能超過(guò)它的耐壓值。

在濾波電路中，電容的耐壓值不要小于交流有效值的1.42倍。另外還要注意的一個(gè)問(wèn)題是工作電壓裕量的問(wèn)題，一般來(lái)說(shuō)要在15％以上。例如某電容的額定電壓是50V，雖然涌浪電壓可能高至63V，但一般最高只會(huì)施加42V電壓。

讓電容器的額定電壓具有較多的余裕，能降低內(nèi)阻、降低漏電流、降低損失角、增加壽命。雖然說(shuō)， 48V的工作電壓使用50V的鋁電解電容短時(shí)間不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但使用久了，壽命就有可能降低。

介質(zhì)損耗

電容器在電場(chǎng)作用下消耗的能量，通常用損耗功率和電容器的無(wú)功功率之比，即損耗角的正切值表示（在電容器的等效電路中，串聯(lián)等效電阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比稱之為 Tan δ，這里的 ESR 是在 120Hz 下計(jì)算獲得的值。顯然，Tan δ隨著測(cè)量頻率的增加而變大，隨測(cè)量溫度的下降而增大）。損耗角越大，電容器的損耗越大，損耗角大的電容不適于高頻情況下工作。散逸因數(shù)dissipationfactor(DF)存在於所有電容器中，有時(shí)DF值會(huì)以損失角tanδ表示。此參數(shù)愈低愈好。但鋁電解電容此參數(shù)比較高。

DF值是高還是低，就同一品牌、同一系列的電容器來(lái)說(shuō)，與溫度、容量、電壓、頻率……都有關(guān)系；當(dāng)容量相同時(shí)，耐壓愈高的DF值就愈低。此外溫度愈高DF值愈高，頻率愈高DF值也會(huì)愈高。

外型尺寸

外型尺寸與重量及接腳型態(tài)相關(guān)。single ended是徑向引線式，screw是鎖螺絲式，另外還有貼片鋁電解電容等。至於重量，同容量同耐壓，但品牌不同的兩個(gè)電容做比較，重量一定不同；而外型尺寸更與外殼規(guī)劃有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，直徑相同、容量相同的電容，高度低的可以代用高度大的電容，但是長(zhǎng)度高的替代低的電容時(shí)就要考慮機(jī)構(gòu)干涉問(wèn)題。

一只電容器會(huì)因其構(gòu)造而產(chǎn)生各種阻抗、感抗。ESR等效串聯(lián)電阻及ESL等效串聯(lián)電感是一對(duì)重要參數(shù)─這就是容抗的基礎(chǔ)。一個(gè)等效串聯(lián)電阻（ESR）很小的電容相對(duì)較大容量的外部電容能很好地吸收快速轉(zhuǎn)換時(shí)的峰值（紋波）電流。用 ESR 大的電容并聯(lián)更具成本效益。然而,這需要在 PCB 面積、器件數(shù)目與成本之間尋求折衷。

紋波電流和紋波電壓

在有的資料中稱作漣波電流和漣波電壓，其實(shí)就是 ripple current，ripple voltage。含義就是電容器所能耐受紋波電流/電壓值。紋波電壓等于紋波電流與ESR的乘積。

當(dāng)紋波電流增大的時(shí)候，即使在 ESR 保持不變的情況下，紋波電壓也會(huì)成倍提高。換言之，當(dāng)紋波電壓增大時(shí)，紋波電流也隨之增大，這也是要求電容具備更低 ESR 值的原因。疊加入紋波電流后，由于電容內(nèi)部的等效串連電阻（ESR）引起發(fā)熱，從而影響到電容器的使用壽命。一般的，紋波電流與頻率成正比，因此低頻時(shí)紋波電流也比較低。

額定紋波電流是在最高工作溫度條件下定義的數(shù)值。而實(shí)際應(yīng)用中電容的紋波承受度還跟其使用環(huán)境溫度及電容自身溫度等級(jí)有關(guān)。規(guī)格書(shū)目通常會(huì)提供一個(gè)在特定溫度條件下各溫度等級(jí)電容所能夠承受的最大紋波電流。甚至提供一個(gè)詳細(xì)圖表以幫助使用者迅速查找到在一定環(huán)境溫度條件下要達(dá)到某期望使用壽命所允許的電容紋波量。

漏電流

電容器的介質(zhì)對(duì)直流電流具有很大的阻礙作用。然而，由于鋁氧化膜介質(zhì)上浸有電解液，在施加電壓時(shí)，重新形成的以及修復(fù)氧化膜的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一種很小的稱之為漏電流的電流。通常，漏電流會(huì)隨著溫度和電壓的升高而增大。它的計(jì)算公式大致是:I＝K×CV。漏電流I的單位是μA，K是常數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，電容器容量愈高，漏電流就愈大。從公式可得知額定電壓愈高，漏電流也愈大，因此降低工作電壓亦可降低漏電流。

壽命

首先要明確一點(diǎn)，鋁電解電容一定會(huì)壞，只是時(shí)間問(wèn)題。影響電容壽命的原因有很多，過(guò)電壓，逆電壓，高溫，急速充放電等等，正常使用的情況下，最大的影響就是溫度，因?yàn)闇囟仍礁唠娊庖旱膿]發(fā)損耗越快。需要注意的是這里的溫度不是指環(huán)境或表面溫度，是指鋁箔工作溫度。廠商通常會(huì)將電容壽命和測(cè)試溫度標(biāo)注在電容本體。

因電容的工作溫度每增高10℃壽命減半，所以不要以為2000小時(shí)壽命的鋁電解電容就比1000小時(shí)的好，要注意確認(rèn)壽命的測(cè)試溫度。每個(gè)廠商都有溫度和壽命的計(jì)算公式，在設(shè)計(jì)電容時(shí)要參照實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。需要了解的是要提高鋁電解電容的壽命，第一要降低工作溫度，在PCB上遠(yuǎn)離熱源，第二考慮使用最高工作溫度高的電容，當(dāng)然價(jià)格也會(huì)高一些。

阻抗：

在特定的頻率下，阻礙交流電流通過(guò)的電阻即為所謂的阻抗。它與電容等效電路中的電容值、電感值密切相關(guān)，且與 ESR 也有關(guān)系。電容的容抗在低頻率范圍內(nèi)隨著頻率的增加逐步減小，頻率繼續(xù)增加達(dá)到中頻范圍時(shí)電抗降至ESR的值。當(dāng)頻率達(dá)到高頻范圍時(shí)感抗變?yōu)橹鲗?dǎo)，所以阻抗是隨著頻率的增加而增加。

開(kāi)關(guān)電源中的輸出濾波電解電容器，其鋸齒波電壓頻率高達(dá)數(shù)十kHz，甚至是數(shù)十MHz，這時(shí)電容量并不是其主要指標(biāo)，衡量高頻鋁電解電容優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是“阻抗-頻率”特性，要求在開(kāi)關(guān)電源的工作頻率內(nèi)要有較低的等效阻抗，同時(shí)對(duì)于半導(dǎo)體器件工作時(shí)產(chǎn)生的高頻尖峰信號(hào)具有良好的濾波作用。

總結(jié)

從表面上來(lái)看DF、漏電流、ESR愈低，紋波電流愈高，鋁電解電容性能越好，但是性能提高的代價(jià)是體型的肥大和價(jià)格的提高。因此，鋁電解電容的選擇必須慎重，既要兼顧性能要求，又要考慮封裝尺寸，在設(shè)計(jì)時(shí)一定要針對(duì)系統(tǒng)要求，仔細(xì)查閱相關(guān)的產(chǎn)品手冊(cè)，認(rèn)真確定適宜的型號(hào)，并進(jìn)行實(shí)際測(cè)試

5、濾波電容用鉭電容好還是用固態(tài)鋁電解電容好？

鉭電容器更好一些。

鉭電容全稱是鉭電解電容，也屬于電解電容的一種，使用金屬鉭做介質(zhì)，不像普通電解電容那樣使用電解液，鉭電容不需像普通電解電容那樣使用鍍了鋁膜的電容紙燒制，本身幾乎沒(méi)有電感，但這也限制了它的容量。

此外，由于鉭電容內(nèi)部沒(méi)有電解液，很適合在高溫下工作。

鉭電容的特點(diǎn)是壽命長(zhǎng)、耐高溫、準(zhǔn)確度高、濾高頻改波性能極好。在鉭電解電容器工作過(guò)程中，具有自動(dòng)修補(bǔ)或隔絕氧化膜中的疵點(diǎn)所在的性能，使氧化膜介質(zhì)隨時(shí)得到加固和恢復(fù)其應(yīng)有的絕緣能力，而不致遭到連續(xù)的累積性破壞。

這種獨(dú)特自愈性能，保證了其長(zhǎng)壽命和可靠性的優(yōu)勢(shì)。 鉭電解電容器具有非常高的工作電場(chǎng)強(qiáng)度，并較類型電容器都大，以此保證它的小型化。

鉭電容的性能優(yōu)異，是電容器中體積小而又能達(dá)到較大電容量的產(chǎn)品,鉭電容器非常方便地較大的電容量，在電源濾波、交流旁路等用途上少有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

鉭電解電容器具有儲(chǔ)藏電量、進(jìn)行充放電等性能，主要應(yīng)用于濾波、能量貯存與轉(zhuǎn)換，記號(hào)旁路，耦合與退耦以及作時(shí)間常數(shù)元件等。

在應(yīng)用中要注意其性能特點(diǎn)，正確使用會(huì)有助于充分發(fā)揮其功能，其中諸如考慮產(chǎn)品工作環(huán)境及其發(fā)熱溫度，以及采取降額使用等措施，如果使用不當(dāng)會(huì)影響產(chǎn)品的工作壽命。

固體鉭電容器電性能優(yōu)良，工作溫度范圍寬，而且形式多樣，體積效率優(yōu)異，具有其獨(dú)特的特征：

鉭電容器的工作介質(zhì)是在鉭金屬表面生成的一層極薄的五氧化二鉭膜。

此層氧化膜介質(zhì)與組成電容器的一端極結(jié)合成一個(gè)整體，不能單獨(dú)存在。因此單位體積內(nèi)所具有的電容量特別大。即比容量非常高，因此特別適宜于小型化。

在鉭電容器工作過(guò)程中，具有自動(dòng)修補(bǔ)或隔絕氧化膜中的疵點(diǎn)所在的性能，使氧化膜介質(zhì)隨時(shí)得到加固和恢復(fù)其應(yīng)有的絕緣能力，而不致遭到連續(xù)的累積性破壞。這種獨(dú)特自愈性能，保證了其長(zhǎng)壽命和可靠性的優(yōu)勢(shì)。