電解電容器的基礎(chǔ)知識(shí)

本文主要介紹電解電容器的基礎(chǔ)知識(shí)，包括其參數(shù)、分類、應(yīng)用等。

電解電容器是按結(jié)構(gòu)和制造工藝劃分的一種電容器。一般來(lái)說(shuō)，電解電容是極化電容。電解電容器的陽(yáng)極采用可鈍化的金屬材料，如鋁、鉭、鈮、鈦等，介質(zhì)材料是陽(yáng)極金屬材料表面形成的致密氧化膜。電解電容器的陰極采用電解質(zhì)。電解電容器的主要特點(diǎn)是它們可以獲得比普通電容器大得多的電容（假設(shè)耐受電壓相同）。電解電容器因其使用電解質(zhì)作為陰極而得名。

— 額定電容

額定電容是電容器上標(biāo)注的電容值。

— 基本單位

電容器的基本單位是法拉（F），但這個(gè)單位太大，實(shí)際使用中無(wú)法使用。

其他單元之間的關(guān)系如下：

1F=1000mF

1mF= 1000μF

1 μF = 1000nF

1nF=1000pF

—準(zhǔn)確性

實(shí)際電容與額定電容之間的偏差稱為誤差，精度是在允許偏差范圍內(nèi)的誤差。

精度等級(jí)與允許偏差的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：00(01)-±1%、0(02)-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、Ⅳ -(+20%-10%)、Ⅴ-(+50%-20%)、Ⅵ-(+50%-30%)

普通電容器常為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級(jí)，電解電容器常為Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級(jí)。

—標(biāo)稱電壓

標(biāo)稱電壓是指在最低環(huán)境溫度和額定環(huán)境溫度下，可連續(xù)施加于電容器的直流電壓的最大有效值。一般直接標(biāo)在電容器外殼上。如果工作電壓超過(guò)電容器的耐受電壓，它們將被擊穿并造成不可修復(fù)的永久性損壞。

—絕緣電阻

對(duì)電容器施加直流電壓并產(chǎn)生漏電流。直流電壓與漏電流之比為絕緣電阻。

當(dāng)電容較小時(shí)，絕緣電阻主要取決于電容器的表面狀態(tài)。當(dāng)容量>0.1uf時(shí)，主要看介質(zhì)的性能。絕緣電阻越大越好。

——時(shí)間常數(shù)

引入時(shí)間常數(shù)來(lái)評(píng)估大電容器的絕緣性。它等于絕緣電阻乘以電容的結(jié)果。

—損失

在電場(chǎng)作用下，電容器單位時(shí)間內(nèi)因發(fā)熱而消耗的能量稱為損耗。各種電容器都規(guī)定了自己在一定頻率范圍內(nèi)的允許損耗值。電容器的損耗主要是由電容器所有金屬部分的電介質(zhì)、電導(dǎo)損耗和電阻引起的。

在直流電場(chǎng)的作用下，電容器的損耗以漏電損耗的形式存在，一般較小。在交變電場(chǎng)作用下，電容器的損耗不僅與漏導(dǎo)有關(guān)，還與周期性極化建立過(guò)程有關(guān)。

—頻率

隨著頻率的增加，一般來(lái)說(shuō)，電容器的電容量會(huì)減小。

—極性和電路符號(hào)

—等效電路

漏電：漏電電阻

ESR：等效串聯(lián)電阻

ESL：等效串聯(lián)電感

預(yù)期壽命：電解電容器在最高工作溫度下連續(xù)工作的持續(xù)時(shí)間。

lx=lo*2(to-ta)/10

lx=實(shí)際工作壽命

lo=保修期

to=最高工作溫度

ta=電容器的實(shí)際工作溫度

電解電容一般分為鋁電解電容、鉭電解電容和鈮電解電容三大類。

2.1.1 介紹

鋁電解電容器是極化電解電容器。它們的陽(yáng)極由鋁箔制成，表面蝕刻。鋁箔上涂有一層薄薄的氧化鋁絕緣層，是電容器的電介質(zhì)。氧化鋁涂有非固體電解質(zhì)，這是電容器的陰極 (-)。還有一層鋁箔，稱為“陰極鋁箔”，與電解液接觸，與電容器的負(fù)極相連。

鋁電解電容器按其電解液的種類可分為三類：非固體鋁電解電容器；電解液為固體二氧化錳的固體鋁電容器；電解質(zhì)為固體聚合物的聚合物電容器。

非固體鋁電解電容器是最便宜的一種，具有最廣泛的尺寸、電容和電壓等級(jí)。它們的最小電容為 0.1μF，最大為 270 萬(wàn) μF (2.7 F)，電壓范圍為 4 V 至 630 V。液體電解質(zhì)提供所需的氧氣，因?yàn)榻殡娧趸飳訒?huì)自行恢復(fù)。但是電解液會(huì)蒸發(fā)并且干燥過(guò)程隨溫度變化，導(dǎo)致電氣參數(shù)漂移并限制電容器的壽命。

人的結(jié)構(gòu)UMIN鎓電解電容

2 . 1.2優(yōu)缺點(diǎn)

好處

—鋁電解電容器價(jià)格便宜，容量大，可用于低頻濾波。

—它們的能量密度高于薄膜電容器和陶瓷電容器。

—它們的功率密度高于雙層電容器。

—峰值電流沒(méi)有限制。

—外觀款式多樣，定制壽命、使用溫度、電氣參數(shù)等變化多端。

—有很多鋁電解電容器制造商。

缺點(diǎn)

—鋁電解電容器的壽命受到電解液蒸發(fā)的限制。

—鋁電解電容器對(duì)機(jī)械應(yīng)力敏感。

—鋁電解電容器對(duì)鹵化物污染很敏感。

2.1.3應(yīng)用

鋁電解電容器通常用于許多電氣設(shè)備的電源、開(kāi)關(guān)電源和DC-DC轉(zhuǎn)換器。它們還用于許多工業(yè)電源轉(zhuǎn)換器和變頻器。一些特殊的電容器用于儲(chǔ)能，如頻閃燈、閃光燈或音頻中使用的頻率耦合器件。

鋁電解電容器由于其陽(yáng)極氧化而成為極化電容器。它們只能與正確極性的直流電一起使用。如果將它們連接到與直流電或交流電相反的極性上，它們會(huì)因短路而損壞。唯一的例外是雙極鋁電解電容器，可用于交流電。

2.2.1簡(jiǎn)介

鉭電解電容器的陽(yáng)極由鉭顆粒制成，外覆絕緣氧化物作為電介質(zhì)，周圍環(huán)繞著作為陰極的液體或固體電解質(zhì)。由于鉭電解電容器介電層薄，容性高，其單位體積的電容量比普通電容器和其他電解電容器大。

目前鉭電解電容器主要分為燒結(jié)固體、箔狀繞組固體和燒結(jié)液體三種，其中燒結(jié)固體占總產(chǎn)量的95%以上，主要種類為非金屬密封樹(shù)脂封裝。

鉭電解電容器的工作介質(zhì)是在鉭表面形成的極薄的五氧化二鉭薄膜。這層氧化膜介質(zhì)與電容器的一端是一體的，不能單獨(dú)存在。因此，單位體積的電容特別大。即比容量非常高，所以特別適合小型化。

鉭電解電容器在工作過(guò)程中，具有自動(dòng)修復(fù)或隔離氧化膜中缺陷性能的能力，使氧化膜介質(zhì)得到強(qiáng)化，隨時(shí)恢復(fù)其應(yīng)有的絕緣能力，而不會(huì)遭受連續(xù)的累積損壞。這種獨(dú)特的自愈能力保證了它們的長(zhǎng)壽命和可靠性優(yōu)勢(shì)。電容器具有單向?qū)щ娦?，即具有“極性”。

應(yīng)用時(shí)，應(yīng)按電源的正負(fù)方向接通電流。電容器的陽(yáng)極接電源的“+”極，陰極接電源的“-”極。如果電容器斷開(kāi)，不僅不起作用，而且漏電流會(huì)很大。結(jié)果，核心會(huì)在短時(shí)間內(nèi)升溫，損壞氧化膜，然后使其失效。

2.2.2 優(yōu)缺點(diǎn)

好處

—體積小

由于鉭電解電容器由鉭粉制成，鉭氧化膜的介電常數(shù)比氧化鋁膜的介電常數(shù)高17，因此鉭電容器單位體積的電容量更大。

寬工作溫度范圍

一般鉭電解電容器在-50℃~100℃的溫度下都能正常工作。雖然鋁電解電容也可以在這個(gè)溫度范圍內(nèi)工作，但其性能遠(yuǎn)不如鉭電解電容。

—性能

鉭電解電容器中的鉭氧化膜介質(zhì)不僅耐腐蝕，而且使用壽命長(zhǎng)、絕緣電阻高、漏電流低、長(zhǎng)期使用性能好。

—阻抗頻率

固態(tài)電解電容可以工作在50kHz以上的頻率。鉭電解電容器的電容量隨著頻率的增加而減小，但減小的程度很小。數(shù)據(jù)顯示，工作在10kHz時(shí)，鉭電解電容器的電容量下降不到20%，而鋁電解電容器的電容量下降了40%。

—高可靠性

氧化鉭膜的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。由于鉭2 ? 5 ，鉭陽(yáng)極的襯底能承受強(qiáng)酸，強(qiáng)堿，鉭電解電容器可以使用固體電解質(zhì)或液體電解質(zhì)具有非常低的電阻率的含有酸。因此，鉭電解電容的損耗比鋁電解電容小。

缺點(diǎn)

由于鉭電解電容器不使用電解質(zhì)作為介質(zhì)，因此與其他類型的電容器相比，鉭電解電容器價(jià)格昂貴且容量有限。

2.2.3應(yīng)用

鉭電解電容器形狀多樣，易于制作成適合表面貼裝的小型元件，滿足電子技術(shù)自動(dòng)化和小型化的需要。雖然鉭資源稀缺，鉭電解電容器價(jià)格相對(duì)昂貴，但由于高比容量鉭粉（30kuF.g-100kuF.V/g）的大量采用以及電容器制造技術(shù)的改進(jìn)和完善，鉭電解電容器得到了迅速發(fā)展開(kāi)發(fā)和使用的范圍越來(lái)越廣。

鉭電解電容器不僅廣泛應(yīng)用于軍事通訊、航空航天，還廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、影視設(shè)備、通訊儀器等產(chǎn)品。此外，由于鉭電解電容器具有儲(chǔ)存電量、充放電等功能，因此也用于濾波、儲(chǔ)能與轉(zhuǎn)換、標(biāo)記旁路、耦合與去耦，并用作時(shí)間常數(shù)元件。

2.3.1簡(jiǎn)介

鈮電解電容器是極化電容器。它們的陽(yáng)極 (+) 是鈍化的鈮或氧化鈮，絕緣的五氧化二鈮作為鈮電容器的電介質(zhì)。氧化層的表面是一層固體電解質(zhì)，它是鈮電解電容器的陰極（-）。

鈮電解電容器的結(jié)構(gòu)

早在1960年代，以美國(guó)和蘇聯(lián)為首的許多國(guó)家就開(kāi)始了鈮電解電容器的研究。但在研究過(guò)程中，五氧化二鈮介電薄膜因熱和電應(yīng)力受到嚴(yán)重破壞，導(dǎo)致電容器漏電流大，故障率高。90年代以來(lái)，隨著粉體生產(chǎn)技術(shù)的不斷進(jìn)步，鈮粉的電性能有了很大的提高，為鈮電解電容器的發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

新型鈮電解電容器性能好，價(jià)格低廉，受到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。鈮電解電容器的制備必須滿足以下要求： 1.避免鈮陽(yáng)極氧過(guò)飽和，即必須防止低氧化物的形成；2、抑制氧通過(guò)Nb 2 O 5 膜和Nb/Nb 2 O 5 界面遷移；3、保證介質(zhì)層的熱穩(wěn)定性。英國(guó)AVX公司提供鈮電解電容器樣品，其電容范圍為100-470μF，工作溫度高達(dá)105℃。

美國(guó)Kemet、日本NEC等全球鉭電解電容器龍頭企業(yè)，都在積極開(kāi)發(fā)鈮電解電容器。俄羅斯在前蘇聯(lián)研究的基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行研究，在這方面也處于較高水平。

此外，還有鉭鈮合金電解電容器，其陽(yáng)極由鉭鈮合金粉末燒結(jié)而成。而介質(zhì)是在正極表面化學(xué)形成的氧化膜。此類電解電容的性能僅次于鉭電解電容，優(yōu)于鋁電解電容。由于鈮資源豐富，價(jià)格適中，這種合金電容器具有廣闊的發(fā)展前景。

2 .3 .2 優(yōu)缺點(diǎn)

好處

—同等電容量下，鈮電解電容器的介電常數(shù)是鉭電解電容器的兩倍。

—鈮電解電容器的化學(xué)穩(wěn)定性優(yōu)于鋁電解電容器。

—漏電流和損耗小。

缺點(diǎn)：

鈮電解電容器還可以在其表面形成介電氧化膜。鈮電解電容器最大的問(wèn)題是熱和電應(yīng)力對(duì)介質(zhì)氧化膜的破壞會(huì)導(dǎo)致漏電流增加和電容器失效。

2.3.3應(yīng)用

鈮電解電容器已進(jìn)入高比容量電容器市場(chǎng)，其容量/電壓范圍與普通鉭電解電容器相似，等效串聯(lián)電阻特性與標(biāo)準(zhǔn)鉭電解電容器相似。鈮電解電容價(jià)格低廉，性能穩(wěn)定，可替代部分鉭電解電容、陶瓷電容和鋁電容。鈮電容不易因著火而擊穿，保證了電路的安全。

鈮電解電容器的高漏電流對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)不是問(wèn)題，因?yàn)樽畲笫Ｓ嚯娏鬟h(yuǎn)低于 50μA。例如，在個(gè)人電腦（PCS）的使用中，這個(gè)數(shù)字與微處理器的總功耗相比是很小的，并沒(méi)有太大的區(qū)別。壽命試驗(yàn)證明，鈮電解電容器的電容量是穩(wěn)定的，漏電流隨時(shí)間不斷增加，但增長(zhǎng)速度下降，出現(xiàn)飽和狀態(tài)，這是由于鈮陽(yáng)極氧化膜的不穩(wěn)定性造成的。

鈮電解電容器經(jīng)過(guò)改進(jìn)，可避免形成低價(jià)氧化物并穩(wěn)定電介質(zhì)氧化膜。隨著電子電路和電子工業(yè)的發(fā)展，鈮電解電容器將作為一種新型電容器引入市場(chǎng)，開(kāi)拓其應(yīng)用領(lǐng)域。

——電解電容器單位體積的電容量非常大，比其他種類的電容器大幾十到幾百倍。

—額定電容可以非常大，很容易達(dá)到幾萬(wàn)μf甚至幾μf。

—電解電容器的價(jià)格絕對(duì)優(yōu)于其他種類，因?yàn)殡娊怆娙萜魇怯善胀ǖ墓I(yè)材料制成的，例如鋁。用于制作電解電容器的設(shè)備是普通設(shè)備，可以以相對(duì)較低的成本進(jìn)行批量生產(chǎn)。

——電路中電解電容的實(shí)際電壓不應(yīng)超過(guò)其耐壓值。使用電解電容時(shí)要注意正負(fù)極不能接反。在電源電路中，當(dāng)輸出正電壓時(shí)，電解電容的正極接電源的輸出端，負(fù)極接地。當(dāng)輸出電壓為負(fù)時(shí)，陰極接輸出端，陽(yáng)極接地。不同的電路應(yīng)使用不同類型的電容器。

在將電容器裝入電路之前，請(qǐng)確保沒(méi)有短路、開(kāi)路和漏電等情況，并應(yīng)檢查電容值。安裝時(shí)，要容易看到電容器的型號(hào)、容量、耐壓等符號(hào)，以便驗(yàn)證。

—當(dāng)電源電路中濾波電容的極性接反時(shí)，電容的濾波效果會(huì)大大降低。一方面造成電源的輸出電壓波動(dòng)，另一方面相當(dāng)于電阻的電解電容被反向電流加熱。當(dāng)反向電壓超過(guò)一定值時(shí)，電容器的反向漏電阻變得很小，這將導(dǎo)致電容器在通電后不久因過(guò)熱而爆裂和損壞。

——施加在電解電容器兩端的電壓不得超過(guò)其允許的工作電壓。在實(shí)際電路的設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)具體情況有一個(gè)允許的電壓范圍。在設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源濾波電容時(shí)，如果交流電源電壓為220V，變壓器從屬整流電壓可達(dá)22V，PCB圖紙?jiān)O(shè)計(jì)中耐壓為25V的電解電容一般可以滿足要求. 但如果交流電源電壓波動(dòng)較大，可能上升到250V以上，最好選擇能承受30V以上的電解電容。

—電解電容不要靠近電路中的大功率發(fā)熱元件，以免電解液受熱迅速干涸。

—對(duì)于正負(fù)極性的濾波器，可將兩個(gè)極性相同的電解電容串聯(lián)，構(gòu)成無(wú)極性電容。

—電容器外殼、輔助引線端子必須與正負(fù)極和電路板完全隔離。

1 、電解電容有什么用？

電解電容器由于其大容量和小尺寸，通常用于直流電源電路，以幫助降低紋波電壓或用于耦合和去耦應(yīng)用。

2、電解電容和非電解電容有什么區(qū)別？

由于電解液，電解電容器是單極的，就像電池一樣。非電解質(zhì)是雙極性的，因?yàn)樗山殡姴牧隙皇请娊赓|(zhì)組成。

3、如何鑒別電解電容？

許多最近的電容器都標(biāo)有實(shí)際的 + 和 - 符號(hào)，這使得確定電容器的極性變得容易。電解電容器極性標(biāo)記的另一種格式是在組件上使用條紋。在電解電容器上，條紋表示負(fù)極。

4、電解電容失效怎么辦？

電解電容失效的原因有很多，如焊接過(guò)程中的高溫、紋波引起的內(nèi)部功耗等、環(huán)境溫度高、反向電壓、電壓瞬變等。高溫會(huì)導(dǎo)致電容器內(nèi)部產(chǎn)生熱點(diǎn)并導(dǎo)致其失效。

5、電解電容和陶瓷電容有什么區(qū)別？

電解電容器非常適合以低成本獲得大電容值，但是它們具有較大的 ESR 和 ESL。陶瓷電容器具有非常低的 ESR 和 ESL，這使得它們非常適合瞬態(tài)性能，但它們?cè)陔娙萜鞒叽缟嫌邢拗啤?/span>