铝电解电容器基础知识

一、铝电解电容器的基本概要
下图形象地描述了铝电解电容器的基本组成
一、铝电解电容器的基本概要
2、电容器的等效电路
电容器的等效电路图可由下图表示
R1：电极和引出端子的电阻 R2：阳极氧化膜和电解质的电阻 R3：损坏的阳极氧化膜的绝缘电阻 D1：具有单向导电性的阳极氧化膜 C1：阳极箔的容量 C2：阴极箔的容量 L ：电极及引线端子等所引起的等效电感量
下表列出了电容器中常用几种典型的介质的相对介电常数
介质 相对介电常数 介质 相对介电常数 7~8 10~120 铝氧化膜 陶瓷 薄膜树脂 3.2 聚苯乙烯 2.5 6~8 10~20 钽氧化膜 云母
虽然铝电解电容器非常小，但它具有相对较大的电容量， 因为其通过电化学腐蚀后，电极箔的表面积被扩大了，并 且它的介质氧化膜非常薄。
四、电解电容器的性能特点
9、易老化，性能可靠性将逐年下降，这与所使用的原材料、工艺条件 有密切关系。 原材料：正、负极箔，电解纸，胶带，引线 工艺条件：箔片毛刺，装配接触电阻，环境（温度、湿度），工艺 卫生，老化条件等。 但因铝电容器价格便宜，以及自身的特点（其它电容不可代替）， 市场前景很好。
五、铝电解电容器的用途
漏电流随时间变化特征图 测试温度和电压对漏电流具有很大的影响。漏电流会随着温度和电 压的升高而增大。
七、铝电解电容器电性能参数
4、 额定电压 它是指在下限类别温度和额定温度之间的任一温度下，可以连续施 加在电容器的最大直流电压或最大交流电压有效值或脉冲电压的峰 值。 V~550 550V UR：6.3V~550V 5、等效串联电阻ESR 6、阻抗Z（Impedance）
十、使用铝电解电容器注意事项
施加电压 1．电容器有极性，施加反向电压或交流电压后，会导致失火等致命不良。 2．在极性转换回路中请使用双极性电容，但这种情况不使用于交流电路。 3．直流电压上叠加交流成分时，峰值不要超过额定电压，否则会引起短 路失火等致命重大不良。 4．多只电容器并联时，应考虑导线电阻等。 5．多只电容器串联时使用同一规格的电容，请并联均压电阻，设计时要 考虑这时加在电容上的电压完全一样。 6．不能用于重复急剧充放电回路，熔接机器等充放电时，电容器请特别 设计。 即使非快速充放电，但电压变化大则会导致寿命特性恶化，要实际上 机认真确认或与海立联系。
1、一般整流电源的滤波；开关电源的高频输出滤波。 2、能量的贮存和转换；频繁的充放电。 3、讯号的旁路和耦合；电源排的退耦。 4、特殊用途，如定时电路中的作大时间常数元件的电解电容器、音频 分频电路中的电解电容器、单相电动机启动用的电解电容器、S形 较正用电解电容器、闪光灯用电解电容器。
六、铝电解电容器的组成
七、铝电解电容器电性能参数
3、漏电流：IL=KCV（IL指漏电流，K指常数，C指容量，V指电压） 电容器的介质对直流电具有很大的阻碍作用。然而，由于铝氧化膜 介质上浸有电解液，在施加电压时，重新形成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，刚施加电压时，漏电流 较大，随着时间的延长，漏电流会逐渐减小并最终保持稳定。
下表给出施加允许纹波电流时的中心最大温升（此数值通过温度修正 系数而修正）最大中心温度上升设定
环境温度 (℃) 40 每一温度中 心温度上升 设定(k) 60（55） 70 85 105 T0（℃） L0（小时） 保证使用寿命（小时） HCGH （250WV以 下） 31 22 12.5 5 2 107 4000 2000 HCGHA HCGHD 35 30 15 8.5 5 110 4000 2000 HCGF5A HCGF5D HCGF6A 31 19 12.5 5 90 4000 2000 FXA FXD FX2 35 25 8.5 93.5 8000 5000
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制
一、铝电解电容器的基本概要
1、电容器的基本原理 电容器的基本原理可以用下图来描述
当在两个正对的金属电极上施加电压时，电荷将根据电 压的大小被储存起来
一、铝电解电容器的基本概要
Q=CV
Q:电量（C） V:电压（V） C:电容量（F） C:电容器的电容量，可以由电极面积S [m2]，介质厚度t [m]以及相对 介电常数ε来表示
七、铝电解电容器电性能参数
1、电容量（Capacitance） 电容器的由测量交流容量时所呈现的阻抗决定。交流电容量随频率、 电压以及测量方法的变化而变化。铝电解电容器的容量随频率的增 加而减小。和频率一样，测量时的温度对电容器的容量有一定的影 响。随着测量温度的下降，电容量会变小。 另一方面，直流电容量，可通过施加直流电压而测量其电荷得到， 在常温下容量比交流稍微的大一点，并且具有更优越的稳定特性。 单位：μF（MFD） 代号：C 标称容量（额定容量）允许偏差：（C实—C标）/ C实×100% （±10%、±20%、-10~+30%、-10~50% 等）
十、使用铝电解电容器注意事项
使用环境 1 电容器遇到水、油及其他导电液体或结晶状态下使用的话，会引发 故障，另外，封口皮圈、防爆阀附着油的话，会降低气密性，电容 器上应避免附着液体状态下使用。 2 硫化氢、亚硝酸、亚硫酸、溴等卤素化合物的气体，氨等有害气体 场所不要放置及使用电容器，这些气体一旦侵入电容器内部，则会 引起腐蚀。避免熏蒸处理，杀虫剂喷洒。 3 臭氧、紫外线、放射线照射处，请勿放置及使用电容器。 振动冲击大的场所请勿使用电容器。
八、铝电容器的电特性与影响因素
3、铝电解电容器的漏电流 ⑴漏电流大小与下列因素有关 ①施加的直流电压的高低，对漏电流大小有明显的影响。当外加电压 不超过额定电压时，漏电流随着外加电压的增加而缓慢上升，当外 加电压超过额定电压时，漏电流将剧烈上升。 ②一般电容器本身的电容量越大，漏电流也越大（同样的原材料和制 造工艺） ③在施加电压的初始阶段，漏电流随着施加电压持续时间的增加而迅 速下降，最后达到一稳定值。 ④漏电流随着温度的上升呈指数性上升 ⑤箔片氧化膜及其它部材、加工工艺有关
十、使用铝电解电容器注意事项
铝电解电容器如在非规定条件下使用的话，会导致爆炸失火等重大 故障，请先确认下述注意事项后使用。 使用温度与纹波电流 1、使用温度、纹波电流应在规定的范围内，电容器如通过太大电流则 引起异常发热、短路、失火等致命不良。 2、电容器本身为发热元件，会使机器内温度上升，这点请注意，确认 机器正常状态下，电容器周围的温度。 3、允许通过的纹波电流应随环境温度（电容器周围的温度）上升而降 低，允许通过纹波电流应考虑最高环境温度和使用频率。
三、铝电解电容器结构特点
传统卷绕式电解电容器芯包结构
三、铝电解电容器结构特点
1、铝电解电容器的工作介质是金属（铝）表面上所生成的一层极薄的 金属氧化膜（AL2O3），此层氧化膜完全与组成电容器的一端电极结 合成一个整体，不能单独存在，且须另加电极。金属氧化膜的厚度 与箔片的化成电压有一定的关系，电压越高，氧化膜越厚。 2、铝电解电容器中生成氧化膜的金属是电容器的阳极，接入电路中应 用时的正极，另一极是电解液（即电容器的阴极）。 3、为了使阴极能与外界电路相连接，又要以另一金属与电解液相接触， 这就是电容器的负极箔，仅起引出阴极的作用。负极箔一般Vf=0， 只有一层极箔自然形成氧化膜。电容器中的电解纸是起吸附工作电 解液和衬垫隔离作用。
二、铝电解电容器的类型
1、引出方式分：引线式、焊针式、焊片式、螺栓式电解电容器。
二、铝电解电容器的类型
2、按结构分：延伸纸/固定剂结构、延伸负极/无固定剂结构。
二、铝电解电容器的类型
3、按材料分： 传统卷绕式电解电容器、双电层电容器、特质电容器 4、按电压分： 铝电解电容器分为低压（4~100V）、中压（160~250V）、 高压（350~550V） 5、按极性分： 极性电容器和双极性电容器 6、按工作温度范围分： 常温（-40~+85℃）、高温（105℃以上）、宽温（-55~125℃）
C[F]= ε ·ε·S/t
0
ε0:介质在真空状态下的介电常数(=8.85x10-12 F/M) 铝氧化膜的相对介电常数为7~8，要想获得更大的电容，可以通过增加 表面积S或者减少其厚度t来获得。在很多情况下，电容器的命名通常 是根据介质所使用的材料来决定的，例如：铝电解电容器、钽电容器 等。
一、铝电解电容器的基本概要
七、铝电解电容器电性能参数
2、损耗角正切 在图6等效电路中，串联等效电阻ESR同容抗1/ wC之比称之为Tan δ， 其测量条件与电容量相同。
tan δ =RESR/ (1/wC)= wC RESR(w指2πf，c指容量，R指等效串联电阻) 其中：RESR=ESR（120 Hz） tan δ随着测量频率的增加而变大，随测量温度的下降而增大。 损耗角正切：tgδ=wcR即与电压、容量有一定的关系
四、电解电容器的性能特点
1、单位体积内所具有电容量大，即箔片比容高
标称电压 (V) 比容 (μF/cm2)
6.3 10 16 25 35 50 63 80 100 160 200 250 315 350 400 450
180
120
60
40
25
15
12
8
5.4
1.9
1.6
0.9
0.85
0.73
0.6
八、铝电容器的电特性与影响因素
⑵影响漏电流的各项因素 ①原材料的纯度，如阳极铝箔的纯度，当纯度从99.20%提高到99.99% 时，在相同的条件下其漏电流有明显下降，特别是在较高工作温度 时，影响更显著。 ②工作电解液不但起到电解电容器阴极作用，而且还要能随时提供O2不断供给阳极以修补损伤的氧化膜，倘若电解液修补氧化膜和防止 氧化膜恶化的能力差，则势必产品漏电流变大。
九、海立中高压铝电解电容器的 使用寿命推算
0.6W.V.≤V’≤ W.V. T0：在最高使用温度的情况下，施加最大允许纹波电流时的最大中心 温度设定值 L0：中心温度T0，施加额定电压W.V.时的实际使用寿命 L’：中心温度T’，施加电压V’时的推算使用寿命
九、海立中高压铝电解电容器的 使用寿命推算
八、铝电容器的电特性与影响因素
1、铝电解电容器的特性 ⑴温度-频率特性（容量、ESR、Z）
八、铝电容器的电特性与影响因素
八、铝电容器的电特性与影响因素
八、铝电容器的电特性与影响因素
八、铝电容器的电特性与影响因素
2、电性能的影响因素 ⑴电解液 ①按产品的工作温度来分，下限有-55℃,-40℃,-25℃，上限为 85℃,105℃和125℃等 ②按电压来分电导率越高损耗角正切越小，Z、ESR也是 ⑵电解纸（与电压有关） ①高密度，低密度 ②单层纸，双层纸，三层纸 ⑶箔片的比容
六、铝电解电容器的组成
3、电解纸 类型：木浆纸如PE、马尼拉麻和西班牙草合成的MER等 厚度：20、30、40、50、60、70、90um等 4、引出箔 规格：0.15*8和0.2*7 5、电解液 根据电容器电压的不同，有低、中和高压电解液。 6、盖板 焊片式和螺栓式
六、铝电解电容器的组成
7、固定剂： APP和沥青等 8、套管 规格：0.1、0.15、0.3、0.35mm等 9、垫片 厚度： 0.4mm和0.5mm 10、胶带 宽度：10mm、20mm和25mm
0.5
2、电容器工作过程中，有自愈性，即自动修补使氧化膜中的疵点得到 加固，恢复其应有的绝缘能力，而不致遭到连续的积累性破坏。 3、工作电场强度非常高，与自愈特性有关。 4、可获得很大的额定电容量，因为比容高，如20V1.2F
四、电解电容器的性能特点
5、具有单向导电性，这就是电容器所谓的极性，如极性搞反，不仅电 容器不能发挥作用，且漏电流很大。短时间内芯子就会发热，破坏 氧化膜随即失效，如要使用在交流电源或交流成份较强的直流电路 中，可选择双极性电解电容器因正负极箔均是具有相同氧化膜的阳 极箔 6、工作电压有一定的局限性,一般是500V最高不超过550V. 7、绝缘性能差,即漏电流大(以mA计) 8、损耗大,且温度、频率特性差
1、阳极箔 铝材→铸造轧材→均质化处理→刨削压锭表面→高温辊轧 加工→常温辊轧加工→铝箔精轧 洗净卷绕→退火处理→裁 切→光箔（铝纯度99.97%）→腐蚀→化成 厚度：50、60、70、75、80、90、95、100、104、110um等 2、阴极箔 光箔(铝纯度99.4%)→腐蚀→处理 厚度:15、20、30、40、50um等