铝电解电容器

铝电解电容器是以金属铝箔为阳极,以其表面上的Al2O3为工作介质,以工作电解质为实际阴极,以另一金属铝箔为引出阴极而组成的电解电容器。

主要的阀金属有铝、钽、铌、钛等。因为铝矿蕴藏丰富,具有较好的延展性,化成工艺及成本较为经济,所以铝电解电容器得到了非常广泛的应用。

铝电解电容器主要原材料:阳极箔、阴极箔、电解纸、电解液、导箔、胶带、盖板、铝壳、华司、套管、垫片等。

生产工序:切割、卷绕、含浸、装配、老化、封口、印刷、套管、测量、包装、检验等。

第一步:铝箔的腐化

倘若拆开一个铝电解液电容的外壳,你会看到内里是几多层铝箔和几多层电解纸,铝箔和电解纸贴附在一起,卷绕成筒状的机关,这样每两层铝箔中间便是一层吸附了电解液的电解纸了。

铝箔的制造要领。为了增大铝箔和电解质的战争面积,电容中的铝箔的外观并不是平滑的,而是通过电化腐化法,使其外观形成崎岖不屈的形状,这样不妨增大7~8倍的外观积。电化腐化的工艺是较量庞杂的,此中涉及到腐化液的种类、浓度、铝箔的外观状态、腐化的速率、电压的动态均衡等等。

第二步:氧化膜形成工艺

铝箔通过电化腐化后,就要运用化学方法,将其外观氧化成三氧化二铝——也便是铝电解电容的介质。在氧化之后,要仔细检讨三氧化二铝的外观,看是否有雀斑也许龟裂,将不足格的清除在外。

第三步:铝箔的切割

这个措施很简单明白。便是把一整块铝箔,切割成几多小块,使其适当电容制造的必要。

第四步:引线的铆接

电容外部的引脚并不是直连接到电容内部,而是经过内引线与电容内部连结的。因此,在这一步当中我们就必要将阳极和阴极的内引线,与电容的外引线经过超声波键正当连结在一起。外引线通常采纳镀铜的铁线也许氧化铜线以削减电阻,而内引线则直接采纳铝线与铝箔直接相连。大众注意这些小小的措施无一过错细密加工要求很高。

第五步:电解纸的卷绕

电容中的电解液并非直接灌进电容,呈液态浸泡住铝箔,而是经过吸附了电解液的电解纸与铝箔层层贴合。这当中,选用的电解纸与平凡纸张的配方有些分歧,是呈微孔状的,纸的外观不及有杂质,不然将影响电解液的身分与性能。而这一步,便是将没有吸附电解液的电解纸,和铝箔贴在一块,然后卷进电容外壳,使铝箔和电解纸形成近似“101010”的隔断状态。

第六步:电解液的浸渍

当电解纸卷绕完毕之后,就将电解液灌进去,使电解液浸渍到电解纸上。随着电解液配方的革新以及电解纸制造技能的提拔,目前铝电解液电容的ESR值也逐渐得以提拔,酿成往日的几多分之一。

第七步:装配

这一步便是将电容表面的铝壳装配上,同时连结外引线,电容到这时已经根本成型了。

第八步:卷边

若是是那种“包皮”电容,就必要通过这一步,将电容表面包覆的PVC膜套在电容铝壳表面。不外目前运用PVC膜的电容已经越来越少,主要因为在于这种原料并分歧适环保的趋向,而和性能展现没有太大相干。

第九步:组合装配

第十步:充电、老化测试

老化是电容生产的最后一步,在这个过程中,会施加一个大于额定电压但小于形成电压的直流电压,一般会在电容的额定温度下进行(也可能在其它温度甚至室温下),这个过程可以修复氧化膜的缺陷,老化是筛选早期失效的电容的一个很好手段,低的初始漏电流是有效老化的一个标志。

第十一步:参数检讨

泄电检讨(Leakagt Current up)泄电简称(LC),泄电检讨是测出电容器加上直流电压[此电压电电容 体胶管上标识之是电压,它又叫Work Voleage(做事电压),它所经过的直流电流值的巨细,其流值愈小愈好。容量检讨:容量(电容器简称CAP),检讨的目标是在测试其值是否在许可偏差范畴内,赶过与低于皆为不足格。

3DF检讨:温度25℃频率120HZ,无极性通常1KHZ(测试条件),简略地注释:电容器在电子回路中自然会发生一种散失因素,散逸及亏损在中国字义上都是欠好的意思,它是使用三角函数里的对边求出值,DF为泰西地域所习用说法,棱角它以百分比表现“%”,tanδ为日当地区所习用说法,它以少量点表现,两者字义上一样,其值愈小愈好。 ­电容器在测试容量DF前应先放电,以勉因电容器自己所负有电压流入(传入)仪器而毁坏仪器。 ­

外面检讨:亦即电容器外面形审美(选美),它务必靠我们的视觉来判别良否,原来在前方我们的每一个制程里,我们都知道什么是良品或什么是不良品,在哪时应支除,但为了防备“丧家之犬”(有些不良品未被觉察)于是有些仍需检讨外面,以防万一。

1.标称参数就是电容器外壳上所列出的数值。

静电容量,用UF表示;工作电压(working voltage)简称WV,应为标称安全值,也就是说应用电路中,不得超过此标称电压;温度,常见的大多为85度、105度,高温条件下(例如纯甲类功放)要优选105度标称的。一般情况下优选高温度系数的对于改善其他参数性能也有积极的帮助。

2.等效串联电阻ESR。

ESR的高低,与电容器的容量、电压、频率及温度都有关,ESR要求越低越好。当额定电压固定时,容量愈大 ESR愈低。当容量固定时,选用高额定电压的品种可以降低 ESR。低频时ESR高,高频时ESR低,高温也会使ESR上升。等效串联电阻ESR 很多品牌可以从规格说明 书上查到。

3.漏电流。

铝电解电容都存在漏电的情况,这是物理结构所决定的。不用说,漏电流当然是越小越好。电容器容量愈高,漏电流就愈大;降低工作电压可降低漏电流。反过来选用更高耐压的品种也会有助于减小漏电流。结合上面的两个参数,相同条件下优先选取高耐压品种的确是一个简便可行的好方法;降低内阻、降低漏电流、降低损失角、增加寿命。真是好处多多,唯价格上会高一些。有个说法,既电解电容工作在远低于额定工作电压时,由于不能得到有效的足以维持电极跟电解液之间的退极化作用,会导致电解电容的极化而降低涟波电流,增大ESR,从而提早老化。但是这个说法的前提是“远低于额定工作电压”,综合一些长期的实践经验来看,选取额定工作电压标称值的2/3左右为正常工作电压,是比较合理的。业余情况下可以对电解电容的漏电流大体上估计一下。把相同容量的电解电容按照额定承受电压进行充电,放置一段时间后再检测电容器两端的电压下降程度。下降电压越少的漏电流就越小。

4.散逸因数dissipaTIon factor(DF)。

有时DF值也用损失角tan表示。DF值是高还是低,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。频率愈高 DF值愈高,温度愈高DF值也愈高。DF 值一般不标注在电容器上或规格介绍上面。在DIY选取电容时,可优先考虑选取更高耐压的,比如工作电压为45V时,选用50V的就不很合理。尽管使用 50V的从承受电压正常工作方 面并无不妥,但从DF值方面考虑就欠缺一些。使用63V或71V耐压的会有更好的表现的。

5.涟波电流Irac。

涟波电流对于石机的滤波电路来说,是一个很重要的参数。涟波电流Irac 是愈高愈好。他的高低与工作频率相关,频率越高Irac越大,频率越低Irac越小。传统的认为我们需要在低频时能够有很高的涟波电流,以求得到良好的大电流放电特性,使的低频更加结实饱满富有弹性,以及良好的控制驱动特性;实际上在高频时高的涟波电流对音色的正面帮助也很大,可以使高频有更好的延伸和减小粗糙感。

铝电解电容选型参数

电路系统性能的稳定可靠,与选用的元器件参数、等级、质量等密切相关。设计师应针对产品应用环境以及电性能的要求,准确提出对元件参数的具体要求,包括标称值、精度和误差要求、稳定性要求、温度范围要求、安装尺寸以及与电路性能密切相关的其它要求。因在所有的被动元件中,铝电解电容的失效率最高,所以选型尤为重要。

铝电解电容选型要点:

容量,耐压,温度范围,元件封装形式与尺寸

纹波电流、纹波电压

漏电流、ESR、散逸因数、阻抗/频率特性

电容寿命

实际需要、性能和成本等综合考量

铝电解电容器因为内部有电解液,长期存放后可能会是电解液干涸,而导致容量下降、甚至不能使用。而其他不含电解液的电容器长期存放基本都没有问题,当然前提是合适的保存条件,不能受潮。电容器应在不拆除包装的状态下储存,勿暴露在直射阳光或尘埃中,一般应在常温(10～30℃)(相对湿度60%以下)的环境下保存。

如长期置于高温、高湿的环境中,不仅将使引出引线的可焊性变差,而且将使电容器的性能变差。原则上,在满足存放要求的条件下,保存期限为3年,对超过保存期限的产品请重新检验,确认无异常后再使用。

铝电解电容长时间存放可能失效:铝电解电容器在长期存放过程中需要定期的施加额定电压进行激励以保持电解液的活性,否则电容器中的电解液就会失去活性而老化,一但电解液失去活性老化,那么电解电容器也就失效了。

铝电解电容器存放的三点注意要点:

1、电解电容存放环境的要求

铝电解电容器应该存放在阴凉干燥的环境中,最好温度在24度左右,湿度控制在60%以下。

切记!不可让铝电解电容一直存放在高温环境中,因为电解电容内部电解液会随着长期的高温而产生变化的,严重时会影响电解电容寿命。

2、电容器存放包装要求

铝电解电容在存放是最好是原厂包装,并保证有放电装置。(一般电解电容生产厂家都会有放电措施,只需按照原厂包装即可)

3、铝电解电容器存放高度要求

电解电容在存放时不宜堆积过高,一般厂家会在包装箱上表面堆放层数。(防止因堆积过高,要坏牛角电解电容焊针)

由于电解电容器存在极性,在使用时必须注意正负极的正确接法,否则不仅电容器发挥不了作用,而且漏电流很大,短时间内电容器内部就会发热,破坏氧化膜,随即损坏。 如图为铝电解电容的基本结构,它由阳极( anode )、在绝缘介质上附着的氧化铝构成的铝层,接收极的阴极铝层,和真正的由电解液构成的阴极。电解液浸透在两个铝层间的纸上。 氧化铝层是通过电镀在铝层上,相对于加在其上的电压来说是非常薄的,很容易被击穿,导致电容失效。    

氧化铝层可以承受正向的直流电压,如果其承受反向的直流电压,其很容易在数秒内失效。这个现象被称为‘Valve Effect ’,这就是为什么铝电解电容拥有极性的原因,如果电解电容的两个电极都有氧化层,则形成无极性电容。

1、漏液

漏液,是电容器失效的原因之一,而铝电解电容也不例外。铝电解电容其工作电解液呈现酸性,如果溢出,则会严重污染和腐蚀电容器周围的其他元器件和印刷电路板。同时电解电容器内部,由于漏液而使工作电解液逐渐干涸,丧失修补阳极氧化膜介质的能力,导致电容器击穿或电参数恶化而失效。产生漏液的原因是很多的,如:

①铝电解电容器密封不佳;

②采用橡胶塞密封铝电解电容器的,则可能因为使用太久,导致橡胶老化、龟裂而引起漏液现象;

③机械密封工艺存在问题;

④安装问题,一般生产厂商会考虑到漏液问题,他们会在企标中明确规定要立式安装,而有些企业则采用了卧式安装等。

2、爆炸

铝电解电容器在工作电压中交流成分过大,或氧化膜介质有较多缺陷,或存在氯根、硫酸根之类有害的阴离子,以致漏电流较大时电解作用产生气体的速率较快,工作时间愈长,漏电流愈大,壳内气体愈多,温度愈高。电容器金属壳内外的气压差值将随工作电压和工作时间的增加而增大。如果密封良好,又没有任何防爆措施,则气压增大到一定程度就会引起电容器爆炸。

目前,已普遍采用防爆外壳结构,在金属外壳上部增加一道褶缝,气压高时将褶缝顶开,增大壳内容积,从而降低气压,减少爆炸危险。在使用上如加过载电压,对电容急速充放电,施加反向电压等都有可能使电容爆炸。

3、击穿

铝电解电容器击穿是由于阳极氧化铝介质膜破裂,导致电解液直接与阳极接触而造成的。氧化铝膜可能因各种材料,工艺或环境条件方面的原因而受到局部损伤。在外加电场的作用下工作电解液提供的氧离子可在损伤部位重新形成氧化膜,使阳极氧化膜得以填平修复。但是如果在损伤部位存在杂质离子或其他缺陷,使填平修复工作无法完善,则在阳极氧化膜上会留下微孔,甚至可能成为穿透孔,使铝电解电容器击穿。

此外,随着使用和储存时间的增长,电解液中溶剂逐渐消耗和挥发,使溶液酸值上升,在储存过程中对氧化膜层发生腐蚀作用。同时,由于电解液老化与干涸,在电场作用下已无法提供氧离子修补氧化膜,从而丧失了自愈作用,氧化膜一经损坏就会导致电容器击穿。工艺缺陷也是铝电解电容器击穿的一个主要原因。如铆接工艺不佳时,引出箔条上的毛剌严重剌伤氧化膜,刺伤部位漏电流很大,局部过热使电容器产生热击穿。在使用上过温,过纹波电流或过机械应力都有可能使电容击穿失效。

4、烧毁

铝电解电容发生烧毁,一般是以下原因引起:

①正负极接反 铝电解电容器是一种有正负极的电容器,如果安装铝电解电容器时正负极接错就会发生电容烧毁现象;

②耐压不够 当电压超过铝电解电容器的本身的耐压值时,也会发生电容烧毁的现象;

③质量不合格 一些生产厂家生产的铝电解电容不合格,也可能引发电容的烧毁等。

5、开路

铝电解电容器在高温或潮热环境中长期工作时可能出现开路失效,其原因在于阳极引出箔片遭受电化学腐蚀而断裂。对于高压大容量电容器,这种失效模式较多。

此外,阳极引出箔片和阳极箔铆接后,未经充分平,则接触不良会使电容器出现间歇开路。在使用上,过机械应力有可能使电容开路。

6、电参数恶化

①电容量下降与损耗增大

铝电解电容器的电容量在工作早期缓慢下降,这是由于负荷过程中工作电解液不断修补并增厚阳极氧化膜所致。铝电解电容器在使用后期,由于电解液耗损较多、溶液变稠,电阻率因黏度增大而上升,使工作电解质的等效串联电阻增大,导致电容器损耗明显增大。同时,黏度增大的电解液难于充分接触经腐蚀处理的凹凸不平铝箔表面上的氧化膜层,这样就使铝电解电容器的极板有效面积减小,引起电容量急剧下降。这也是电容器使用寿命临近结束的表现。

此外,如果工作电解液在低温下黏度增大过多,也会造成损耗增大与电容量急剧下降的后果。在使用上过温,过纹波电流都有可能使电容量下降与损耗增大。

②漏电流增加

漏电流增加往往导致铝电解电容器失效。工艺水平低,氧化膜损伤与沾污严重,工作电解液配方不佳,原材料纯度不高,电解液的化学性质与电化学性质难以长期稳定,铝箔纯度不高,杂质含量多等等这些因素均可能造成漏电流超差失效。铝电解电容器中氯离子沾污严重,漏电流导致沾污部位氧化膜分解,造成穿孔,促使电流进一步增大。总之,铝箔中金属杂质的存在,会使铝电解电容器漏电流增大,从而缩短电容器的寿命.在使用上过压等有可能使电容的漏电流增加。