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為什么鋁電解電容器不能承受反向電壓?

發(fā)布人:電子資料庫 時間:2022-09-05 來源:工程師 發(fā)布文章
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一、引言

眾所周知,電容器在電子電路中一直扮演著非常重要的角色。它們負責電子電路中信號的耦合、RC電路中伏安特性的區(qū)分,如集成、振蕩電路中的“通道”、旁路和電力濾波器等。鋁電解電容器由陽極氧化鋁制成,中間腐蝕陰極鋁箔和電解紙,然后用工作電解液浸漬密封在鋁殼內(nèi)。



目錄

一、引言

二、電解電容器常見問題

2.1為什么鋁電解電容器不能承受反向電壓?

2.2非極性電容與極性電容有何異同?

2.3極性電容器反向時會發(fā)生什么情況?

2.4極性電容器的反向連接會爆炸。這是否意味著它不能直接連接到交流電源?

2.5如果極性電容器顛倒,為什么會短路?

2.6為什么正負極顛倒時,電解電容器的電阻率會變小?

2.7為什么我們只能在純交流電路中使用非極性電容器?

2.8什么是電解電容?

2.9電解電容器的特性如下

2.10極性和非極性電容器在性能、原理和結(jié)構(gòu)上有哪些不可忽視的異同點?

三、小結(jié)

四、常見問題


二、電解電容器常見問題2.1為什么鋁電解電容器不能承受反向電壓?

由于電解電容器的極性,在使用中要注意正負極的正確連接,否則不僅電容器不能發(fā)揮作用,而且泄漏電流也很大。在短時間內(nèi),電容器內(nèi)部會發(fā)熱,損壞氧化膜,然后損壞。

如圖所示,鋁電解電容器的基本結(jié)構(gòu)由陽極、附著在絕緣介質(zhì)上的鋁層、接收電極的陰極鋁層和由電解液組成的真實陰極組成。電解液浸泡在兩個鋁層之間的紙中。鋁層上鍍有氧化鋁層,與施加在鋁層上的電壓相比很薄,很容易被擊穿,導(dǎo)致電容器失效。

氧化鋁層能承受正向直流電壓。如果它承受反向直流電壓,很容易在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生故障。這種現(xiàn)象被稱為“閥效應(yīng)”,這就是鋁電解電容器具有極性的原因。如果電解電容器的兩個電極都有一個氧化層,就會形成無極性電容器。

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許多文獻報道了鋁電解電容器反向電壓閾值現(xiàn)象的機理,即氫離子理論。當電解電容器承受反向直流電壓時,即電解液的陰極承受正電壓,而氧化物承受負電壓時,聚集在氧化層中的氫離子通過介質(zhì),到達介質(zhì)與金屬層之間的邊界,然后它們會轉(zhuǎn)化成氫氣。氣體的膨脹力導(dǎo)致氧化層脫落。

因此,電流通過電解液后直接流過電容器,電容器失效。這個直流電壓很小。在1~2V的反向直流電壓下,鋁電解電容器在幾秒鐘內(nèi)就會因氫離子效應(yīng)而立即失效。相反,當向電解電容器施加正電壓時,負離子集中在氧化層之間。因為負離子的直徑非常大,它們不能穿透氧化層,所以可以承受更高的電壓。

2.2非極性電容與極性電容有何異同?

非極性電容器與非極性電解電容器相同嗎?大多數(shù)電容器都是非極性的,只有電解電容器有極性。其中,有非常特殊的非極性電解電容器。與普通電容器相比,電解電容器容量大、價格低、體積小,但電解電容器一般具有極性,其工作可靠性、耐壓、耐溫性、介損等指標都不如其他電容器。

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所謂無極性電解電容器,實際上是兩個完全相同的電解電容器背靠背包裝。這種電容器損耗大、可靠性低、耐壓能力低,只能用于要求較低的少數(shù)場合。

2.3極性電容器反向時會發(fā)生什么情況?

如果電容容量很小,耐壓很高,工作電壓很低,反向連接就不會有問題。如果電容量稍大(100uF以上),且耐壓接近工作電壓,電容器僅能工作近10分鐘,就會膨脹爆裂。

2.4極性電容器的反向連接會爆炸。這是否意味著它不能直接連接到交流電源?

由于極性電容器設(shè)計用于直流電源濾波,極性電容器內(nèi)部有特殊材料,不能承受背壓,不能與交流電源連接。如果接上交流電源,它會反向擊穿或爆炸。

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2.5如果極性電容器顛倒,為什么會短路?

極性電容器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為正極、介電層和負極。介質(zhì)層具有單向?qū)щ姷奶匦?。當然,產(chǎn)品的電介質(zhì)層反接后不會起到絕緣作用,電容器也會短路。

2.6為什么正負極顛倒時,電解電容器的電阻率會變小?

它涉及到電解電容器的原理。當電容器的正極正接時,會形成一層很薄的氧化物膜(氧化鋁)作為電介質(zhì)。當電容器的負極反向連接時,會產(chǎn)生H2而不會形成氧化膜,而另一個電極則不會形成氧化膜,由于材料不同,可作為電介質(zhì)使用。

2.7為什么我們只能在純交流電路中使用非極性電容器?

在直流電壓疊加交流信號的電路中,如果能保證疊加后的最低電壓不會變?yōu)樨摚涂梢允褂靡粋€帶極性的電容器。在相同容量的情況下,極性電容器的體積和成本遠小于非極性電容器,因此當我們需要更大容量時,電容器的體積是一個很大的矛盾。我們通常用極性電容器代替非極性電容器,這樣既解決了體積問題,又降低了成本。大電容可以濾除低頻以上的交流信號,而小電容只能濾除高頻及以上的交流信號。

2.8什么是電解電容?

電解電容器是電容器的一種。它的介質(zhì)被電解質(zhì)覆蓋??煞譃檎摌O,不能接錯。電容由兩個金屬電極和夾在它們之間的絕緣材料(介質(zhì))組成。

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2.9電解電容器的特性如下

①單位體積的電容比其他種類的電容大幾十到幾百倍。

②額定容量即使在幾個F下也能輕松達到數(shù)萬μ,但還不如雙電層電容。

③因為電解電容器的元件是鋁等普通工業(yè)材料,所以價格比其他種類的要低得多。

制造電解電容器的設(shè)備也是常見的工業(yè)設(shè)備,可以以相對較低的成本批量生產(chǎn)。電解電容器通常由金屬箔(鋁/鉭)作為正極,金屬箔的絕緣氧化層(氧化鋁/五氧化二鉭)作為電介質(zhì)。鋁電解電容器的負極是由浸在電解液中的薄膜或電解質(zhì)聚合物組成,鉭電解電容器的負極通常是二氧化錳。由于兩者都使用電解液作為負極,電解電容器因此得名。

極性電解電容器通常在電源電路或中頻、低頻電路中起到濾波、去耦、信號耦合、時間常數(shù)整定、直流隔離等作用。它不能用在交流電源電路中。在直流電源電路中用作濾波電容時,其陽極(正極)應(yīng)與電源電壓的正端相連,陰極(負極)應(yīng)與電源電壓的負端相連。它不能反轉(zhuǎn),否則會損壞。

2.10極性和非極性電容器在性能、原理和結(jié)構(gòu)上有哪些不可忽視的異同點?
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極性電容是一種電解電容。它由陽極鋁箔和陰極電解液組成的兩個電極組成。在陽極鋁箔上形成一層氧化鋁膜作為電容的介質(zhì)。由于這種結(jié)構(gòu),它具有極性。當電容直接連接時,由于電化學(xué)反應(yīng),氧化鋁膜將保持穩(wěn)定。當反向連接時,氧化鋁層會變薄,這使得電容器很容易被擊穿和損壞。

因此,必須注意電路中電解電容的極性。普通電容器是非極性的。我們也可以連接兩個陽極或陰極串聯(lián)成非極性電解電容器。


①同樣的原則

它們同時儲存和釋放電荷。極板上的電壓不會突然變化。(這里的電壓是指電荷積累的電動勢)

②不同的介質(zhì)

什么是介質(zhì)?在兩塊電容板之間。大多數(shù)極性電容器都是用電解液作為電介質(zhì)材料的,而且極性電容器的容量比相同體積的電容器大。另外,不同電解液材料和工藝所產(chǎn)生的同體積極性電容的容量也會有所不同。電容器的耐壓與所用的介質(zhì)材料密切相關(guān)。用于非極性電容的介質(zhì)材料也很多,其中大部分是金屬氧化物薄膜、聚酯等。介質(zhì)的可逆性或不可逆性決定了極性和非極性電容器的使用環(huán)境。

③不同的表現(xiàn)

性能和需求最大化是使用的要求。如果電視機電源部分采用金屬氧化膜電容器進行濾波,電容器的容量和耐壓應(yīng)滿足濾波要求,則必須在外殼內(nèi)安裝電源。對于濾波器,只能使用極性電容,這是不可逆的。

正極端子必須連接到高電位端子,負極端子必須連接到低電位端子。對于電容耦合,一般采用電容耦合,多為微擾耦合時,多采用微極性電容器,大容量、高耐壓電容器通常用于無功補償、電機移相和變頻電源移相。非極性電容器有很多種。

④不同容量

對于相同體積的電容器,當介質(zhì)不同時,容量也不同。

⑤不同的結(jié)構(gòu)

我們可以使用任何形狀的電容器而不考慮尖端放電。極性電容一般為圓形,方形極性電容較少。非極性電容器的形狀有很多種,包括管式、變形矩形、片狀、方形、圓形、方形和圓形組合式,當然也有無形的。這里無形指的是分布電容。

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高頻和中頻器件的分布電容不容忽視。功能相同。主要區(qū)別在于他們的能力。由于材料結(jié)構(gòu)的影響,非極性電容的容量相對較小,一般在10uF以下,而極性電容的容量通常較大。過濾電源時,必須使用大容量的極性電容器。


三、小結(jié)

電路設(shè)計的基本原則之一是要求設(shè)計者充分理解和掌握真實的元件。使用的部件應(yīng)為標準件、通用件和市場上最常見的型號(部件的通用性越好,采購越容易,供應(yīng)商的產(chǎn)量越大,采購成本越低)。對于圖紙中使用的部件,如果材料只能通過定制獲得,成本肯定不低。如果你不能得到定制的材料,這個設(shè)計就是廢紙。

另外,大電容適用于濾波低頻信號,小電容適用于濾波高頻信號。然而,去耦只是電容的一個函數(shù)。不同種類的電容有不同的特性和用途。這方面與經(jīng)驗有很大關(guān)系。要迅速實現(xiàn)它是不可能的。只有通過實踐才能積累。


四、常見問題

1哪種電容器能長期使用:陶瓷電容器還是鋁鉭電解電容器?

電解液的使用壽命有限,在高溫下為10000小時。

鉭是非常好的電容器,直到他們短路,只要他們想。

陶瓷往往壽命最長

2為什么電解電容器要用鋁?

鋁被發(fā)現(xiàn)是電解電容器的理想材料之一,原因如下鈥

1) 它很容易形成具有高介電常數(shù)的薄氧化層。

2) 該層可形成多種厚度,以適應(yīng)不同的應(yīng)用。

3) 可以形成氧化鋁層,并且可以承受超過400V的高壓。其他材料鉭鈮只能承受25V以下的小電壓。

4) 鋁可以制成箔/板/成形。在過去,通常使用這種金屬的形狀機械地形成不同的形狀。

5) 這些特性允許在小尺寸的低電壓和高電壓下使用高電容值。

6) 最適用于方便的制造工藝,如纏繞、沖壓、成型(氧化)。

7) 地球上最豐富的物質(zhì),因此非常便宜。

幾乎沒有任何其他材料具有這些特性。

三。鋁電解電容器的作用是什么?

鋁電解電容器由于其陽極氧化原理而被稱為極化電容器。它們只能在正確極性的直流電壓下工作。在錯誤極性或交流電壓下操作電容器會導(dǎo)致短路并損壞部件。

4如果電解電容器倒轉(zhuǎn)怎么辦?

電解電容器本質(zhì)上是極性的,有明確的正負極性。如果連接時極性顛倒,則氧化層形式的電介質(zhì)受損。電流過大,產(chǎn)生大量熱量,電容器損壞。

5如何確定鋁電解電容器的極性?

如果外殼是絕緣的,你可以試著在每個方向上給電容器施加一個小的偏置電壓(3-5V)(通過100K左右的限流電阻),看看哪個方向允許的電流最??;這將是電容器的正確極性。

6鋁電解電容器的用途是什么?

特別是鋁電解電容器在許多應(yīng)用中被用作去耦電容器,用于濾波或旁路不希望的偏置交流頻率到地面,或用于音頻交流信號的電容耦合。然后電介質(zhì)只用于阻擋直流電。

7鋁電解電容器能用多久?

今天的鋁電解電容器與前代產(chǎn)品相比,保質(zhì)期更長,通常在2年左右。鋁電解電容器的ESR、電容和泄漏電流的變化是由氧化鋁膜與電解液之間的化學(xué)反應(yīng)引起的。

8你怎么看電解鋁電容器?

對于陶瓷電容器、薄膜電容器和鉭電容器,電容器的值用picofarads表示,而對于鋁電解電容器,其值用微法拉表示。對于小數(shù)值,字母R用于表示小數(shù)點,例如0R5表示0.5,1R0表示1.0,2R2表示2.2,等等。

9鋁電解電容器是如何制造的?

鋁電解電容器是將電解紙在陽極和陰極箔之間分層,然后將其卷繞而成。制備面向腐蝕陽極箔表面的電極極為困難。由于這個過程,電解液基本上起著陰極的作用。

10鋁電容器的用途是什么?

鋁電解電容器(electronic)廣泛應(yīng)用于要求高電容的高能量、小體積、等效串聯(lián)電阻(ESR)非常低的電源應(yīng)用中。


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