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液态铝电解电容使用与选型指南
发布者:beryl 来源: 发布时间:2016/10/9 8:10:55

                                              陈镇权  绿宝石股份技术中心经理

  【专家简介】陈镇权  多年从事铝电解电容器产品开发、品质及生产管理,对铝电解电容器的工艺有一定的经验
    主导多项铝电解电容器新产品开发、质量管理体系和环境管理体系建设
    参与改善专案的攻关、降成本活动、工艺流程设计等

  

 铝电解电容器的芯子是由阳极箔、电解纸、阴极箔、电解纸等4层重迭卷绕而成;芯子含浸电解液后,用铝壳和胶盖密闭起来构成一个电解电容器。由铝圆筒做负极,里面装有液体电解质,插入一片弯曲的铝带(阳极铝箔)做正极制成。还需要经过直流电压处理,使正极片上形成一层氧化膜做介质。

 

    它的特点是容量大,但是漏电大,稳定性差,有正负极性,适宜用于电源滤波或者低频电路中,在要求不高时也用于信号耦合。电解电容有正、负极之分,使用时不能接反。

                                               

                                                                    图42 滤波电容器电流波形

                                                                       

                                                                          常见不良安装现象

                    

                     图43 插件/盖壳时的动作                                    图44 受力后的产品内部结构

                    
                   

                   图45 素子受力结构发生变化                           图46 引脚与铝箔铆接位置拉伤

                                                                铝电解电容使用指南

    1.电解电容在滤波电路中根据具体情况取电压值为噪声峰值的1.2-1.5 倍,并不是根据滤波电路的额定值;
  2.电解电容的正下面不得有焊盘和过孔;
  3.电解电容不应和周边的发热元件直接接触;
  4.铝电解电容分正负极,不得加反向电压和交流电压,对可能出现反向电压的地方应使用无极性电容;
  5.对需要快速充放电的地方,不应使用铝电解电容器,应选择特别设计的具有较长寿命的电容器;
  6.不应使用过载电压;
   a.直流电压与纹波电压叠加后的峰值电压应低于电容器的额定电压值;
   b.两个以上电解电容串联的时候要考虑使用平衡电阻器,使得各个电容上的电压在其额定的范围内。
   7.设计电路板时,应注意电容器防爆阀上端不得有任何线路,并应留出2mm 以上的空隙;
   8.电解电容的主要化学溶剂及电解纸为易燃物,且电解液导电。当电解液与PCB板接触时,可能腐蚀PCB板上的线路,以致生烟或着火。因此在电解电容下面不应有任何线路;
   9.设计线路板上面应确认发热元器件不靠近铝电解电容或者电解电容的下面。
                 

                                                               铝电解电容器选型指南

    容量和额定工作电压
    铝电解电容本体上标有的容量和额定工作电压,这两个参数是很重要,是选用电容最基本的内容。
  在实际电容选型中,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,首先,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。
 额定工作电压:在规定的工作温度范围内,电容长期可靠地工作,它能承受的最大直流电压。常用的固定电容工作电压有6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、250V、400V、500V、630V。电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的额定工作电压。
 在滤波电路中,电容的额定工作电压不要小于交流有效值的1.42倍。另外还要注意的一个问题是工作电压裕量,一般来说要在15%以上。
 让电容器的额定电压具有较多的余裕,能降低内阻、降低漏电流、降低损失角、增加寿命。虽然说,48V的工作电压使用50V的铝电解电容短时间不会出现问题,但使用久了,寿命就有可能降低。   

                                                       

                                                       图47 铝电解电容的容量和额定工作电压标识

 

      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 Tan δ,这里的 ESR 是在 120Hz 下计算获得的值。显然,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。散逸因数dissipationfactor(DF)存在于所有电容器中,有时DF值会以损失角tanδ表示。此参数愈低愈好。但液态铝电解电容此参数比较高。
  DF值是高还是低,就同一品牌、同一系列的电容器来说,与温度、容量、电压、频率……都有关系;当容量相同时,耐压愈高的DF值就愈低。此外温度愈高DF值愈低,频率愈高DF值也会愈高。
      外型尺寸
  外型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。至於重量,同容量同耐压,但品牌不同的两个电容做比较,重量一定不同;而外型尺寸更与外壳规划有关。一般来说,直径相同、容量相同的电容,高度低的可以代用高度大的电容,但是长度高的替代低的电容时就要考虑机构干涉问题。
    电容器的寿命
    首先要明确一点,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。厂商通常会将额定温度标注在电容本体。
  因电容的工作温度每增高10℃寿命减半,所以不要以为2000小时寿命的铝电解电容就比1000小时的好,要注意确认寿命的额定温度。每个厂商都有温度和寿命的计算公式,在设计电容时要参照实际数据进行计算。需要了解的是要提高铝电解电容的寿命,第一要降低工作温度,在PCB上远离热源,第二考虑使用最高工作温度高的电容,当然价格也会高一些。    

                                            

 

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