鋁電解電容

鋁電解電容額定電壓

鋁電解電容本體上標(biāo)有的容量和耐壓，這兩個(gè)參數(shù)是很重要，是選用電容最基本的內(nèi)容。在實(shí)際電容選型中，對(duì)電流變化節(jié)奏快的地方要用容量較大的電容，但并非容量越大越好，首先，容量增大，成本和體積可能會(huì)上升，另外，電容越大充電電流就越大，充電時(shí)間也會(huì)越長(zhǎng)。這些都是實(shí)際應(yīng)用選型中要考慮的。

額定工作電壓：在規(guī)定的工作溫度范圍內(nèi)，電容長(zhǎng)期可靠地工作，它能承受的最大直流電壓。在交流電路中，要注意所加的交流電壓最大值不能超過(guò)電容的直流工作電壓值。常用的固定電容工作電壓有6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、200V、250V、400V、450V、475V、500V、600V、630V。電容在電路中實(shí)際要承受的電壓不能超過(guò)它的耐壓值。

在濾波電路中，電容的耐壓值不要小于交流有效值的1.42倍。另外還要注意的一個(gè)問(wèn)題是工作電壓裕量，一般來(lái)說(shuō)要在15%以上。

讓電容器的額定電壓具有較多的余裕，能降低內(nèi)阻、降低漏電流、降低損失角、增加壽命。雖然說(shuō)， 48V的工作電壓使用50V的鋁電解電容短時(shí)間不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但使用久了，壽命就有可能降低。

鋁電解電容介質(zhì)損耗

電容器在電場(chǎng)作用下消耗的能量，通常用損耗功率和電容器的無(wú)功功率之比，即損耗角的正切值表示（在電容器的等效電路中，串聯(lián)等效電阻ESR 同容抗 1/ωC 之比稱之為 Tan δ，這里的 ESR 是在 120Hz 下計(jì)算獲得的值。顯然，Tan δ隨著測(cè)量頻率的增加而變大，隨測(cè)量溫度的下降而增大）。損耗角越大，電容器的損耗越大，損耗角大的電容不適于高頻情況下工作。散逸因數(shù)dissipationfactor(DF)存在于所有電容器中，有時(shí)DF值會(huì)以損失角tanδ表示。此參數(shù)愈低愈好。但鋁電解電容此參數(shù)比較高。

DF值是高還是低，就同一品牌、同一系列的電容器來(lái)說(shuō)，與溫度、容量、電壓、頻率……都有關(guān)系；當(dāng)容量相同時(shí)，耐壓愈高的DF值就愈低。此外溫度愈高DF值愈高，頻率愈高DF值也會(huì)愈高。

鋁電解電容外型尺寸

外型尺寸與重量及接腳型態(tài)相關(guān)。single ended是徑向引線式，screw是鎖螺絲式，另外還有貼片鋁電解電容等。至於重量，同容量同耐壓，但品牌不同的兩個(gè)電容做比較，重量一定不同；而外型尺寸更與外殼規(guī)劃有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，直徑相同、容量相同的電容，高度低的可以代用高度大的電容，但是長(zhǎng)度高的替代低的電容時(shí)就要考慮機(jī)構(gòu)干涉問(wèn)題。

也稱作漣波電流和漣波電壓，其實(shí)就是 ripple current，ripple voltage。含義就是電容器所能耐受紋波電流/電壓值。紋波電壓等于紋波電流與ESR的乘積。

當(dāng)紋波電流增大的時(shí)候，即使在ESR保持不變的情況下，紋波電壓也會(huì)成倍提高。換言之，當(dāng)紋波電壓增大時(shí)，紋波電流也隨之增大，這也是要求電容具備更低 ESR 值的原因。疊加入紋波電流后，由于電容內(nèi)部的等效串連電阻（ESR）引起發(fā)熱，從而影響到電容器的使用壽命。一般的，紋波電流與頻率成正比，因此低頻時(shí)紋波電流也比較低。

額定紋波電流是在最高工作溫度條件下定義的數(shù)值。而實(shí)際應(yīng)用中電容的紋波承受度還跟其使用環(huán)境溫度及電容自身溫度等級(jí)有關(guān)。規(guī)格書(shū)目通常會(huì)提供一個(gè)在特定溫度條件下各溫度等級(jí)電容所能夠承受的最大紋波電流。甚至提供一個(gè)詳細(xì)圖表以幫助使用者迅速查找到在一定環(huán)境溫度條件下要達(dá)到某期望使用壽命所允許的電容紋波量。

一只電容器會(huì)因其構(gòu)造而產(chǎn)生各種阻抗、感抗。ESR等效串聯(lián)電阻及ESL等效串聯(lián)電感是一對(duì)重要參數(shù)─這就是容抗的基礎(chǔ)。一個(gè)等效串聯(lián)電阻（ESR）很小的電容相對(duì)較大容量的外部電容能很好地吸收快速轉(zhuǎn)換時(shí)的峰值（紋波）電流。用 ESR 大的電容并聯(lián)更具成本效益。然而,這需要在 PCB 面積、器件數(shù)目與成本之間尋求折衷。

全球鋁電解電容供應(yīng)市場(chǎng)日趨成熟，主要集中在日本、中國(guó)大陸、臺(tái)灣地區(qū)以及韓國(guó)等地區(qū)。從近幾年的行業(yè)總體競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，日本的電解電容的生產(chǎn)量開(kāi)始逐漸萎縮減產(chǎn)，取而代之的是走韓國(guó)企業(yè)，臺(tái)灣企業(yè)，中國(guó)大陸企業(yè)。鋁電解電容這種產(chǎn)品在1978年之前，在中國(guó)大陸當(dāng)時(shí)算是高新技術(shù)產(chǎn)品，而經(jīng)過(guò)三十多年的發(fā)展，鋁電解電容這種產(chǎn)品對(duì)于國(guó)內(nèi)鋁電解電容的生產(chǎn)商來(lái)說(shuō)已不屬于高新技術(shù)產(chǎn)品了。從技術(shù)的角度來(lái)看，國(guó)內(nèi)某些知名品牌所生產(chǎn)的電容已完全可以取代國(guó)外的電容。

2010年全球產(chǎn)值為52億美元，過(guò)去7年的平均增長(zhǎng)率為4%-5%，預(yù)計(jì)到2012年能達(dá)到55億美元的市場(chǎng)規(guī)模，至2015年達(dá)到60億美元左右。從全球鋁電解電容交貨期看，2010年以來(lái)出現(xiàn)了明顯的延長(zhǎng)現(xiàn)象，這在很大程度上暗示著行業(yè)正在步入快速增長(zhǎng)通道。

受成本上行壓力和下游需求朝中國(guó)轉(zhuǎn)移的影響，近幾年來(lái)，海外知名鋁電解電容制造商紛紛來(lái)中國(guó)大陸投資建廠。除Rubycon還沒(méi)有選好地點(diǎn)之外，其余全球知名的鋁電容制造商都在中國(guó)設(shè)立了生產(chǎn)基地，中國(guó)也理所當(dāng)然地成為了全球最大鋁電解電容的市場(chǎng)，份額占比保持穩(wěn)步上升。鋁電解電容在傳統(tǒng)消費(fèi)電子領(lǐng)域穩(wěn)步增長(zhǎng)的同時(shí)，其應(yīng)用領(lǐng)域隨著結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型與技術(shù)進(jìn)步在節(jié)能燈、變頻、新能源等諸多新興領(lǐng)域得以拓展。國(guó)家“十二五”規(guī)劃中明確提出：推進(jìn)大中小城市交通、通信、供電、給排水等基礎(chǔ)設(shè)施一體化建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。這些新興領(lǐng)域的發(fā)展將拓展新材料產(chǎn)品的需求空間，而作為國(guó)家重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)的中國(guó)鋁電解電容行業(yè)也將獲得巨大的發(fā)展空間

電容器的介質(zhì)對(duì)直流電流具有很大的阻礙作用。然而，由于鋁膜上有一層還有水分的凝膠狀物質(zhì)，在施加電壓時(shí)，重新形成的以及修復(fù)氧化膜的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生一種很小的稱之為漏電流的電流。通常，漏電流會(huì)隨著溫度和電壓的升高而增大。它的計(jì)算公式大致是:I=K×CV。漏電流I的單位是μA，K是常數(shù)。一般來(lái)說(shuō)，電容器容量愈高，漏電流就愈大。從公式可得知額定電壓愈高，漏電流也愈大，因此降低工作電壓亦可降低漏電流。

在特定的頻率下，阻礙交流電流通過(guò)的電阻即為所謂的阻抗。它與電容等效電路中的電容值、電感值密切相關(guān)，且與 ESR也有關(guān)系。電容的容抗在低頻率范圍內(nèi)隨著頻率的增加逐步減小，頻率繼續(xù)增加達(dá)到中頻范圍時(shí)電抗降至ESR的值。當(dāng)頻率達(dá)到高頻范圍時(shí)感抗變?yōu)橹鲗?dǎo)，所以阻抗是隨著頻率的增加而增加。

開(kāi)關(guān)電源中的輸出濾波電解電容器，其鋸齒波電壓頻率高達(dá)數(shù)十kHz，甚至是數(shù)十MHz，這時(shí)電容量并不是其主要指標(biāo)，衡量高頻鋁電解電容優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)是“阻抗-頻率”特性，要求在開(kāi)關(guān)電源的工作頻率內(nèi)要有較低的等效阻抗，同時(shí)對(duì)于半導(dǎo)體器件工作時(shí)產(chǎn)生的高頻尖峰信號(hào)具有良好的濾波作用。

首先要明確一點(diǎn)，鋁電解電容一定會(huì)壞，只是時(shí)間問(wèn)題。影響電容壽命的原因有很多，過(guò)電壓，逆電壓，高溫，急速充放電等等，正常使用的情況下，最大的影響就是溫度，因?yàn)闇囟仍礁唠娊庖旱膿]發(fā)損耗越快。需要注意的是這里的溫度不是指環(huán)境或表面溫度，是指鋁箔工作溫度。廠商通常會(huì)將電容壽命和測(cè)試溫度標(biāo)注在電容本體。

因電容的工作溫度每增高10℃壽命減半，所以不要以為2000小時(shí)壽命的鋁電解電容就比1000小時(shí)的好，要注意確認(rèn)壽命的測(cè)試溫度。每個(gè)廠商都有溫度和壽命的計(jì)算公式，在設(shè)計(jì)電容時(shí)要參照實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。需要了解的是要提高鋁電解電容的壽命，第一要降低工作溫度，在PCB上遠(yuǎn)離熱源，第二考慮使用最高工作溫度高的電容，當(dāng)然價(jià)格也會(huì)高一些。

電解電容在電路中實(shí)際要承受的電壓不能超過(guò)它的耐壓值。在濾波電路中，電容的耐壓值不要小于交流有效值的1.42倍。使用電解電容的時(shí)候，還要注意正負(fù)極不要接反。不同電路應(yīng)該選用不同種類(lèi)的電容?？窕芈房梢赃x用云母、高頻陶瓷電容，隔直流可以選用紙介、滌綸、云母、電解、陶瓷等電容，濾波可以選用電解電容，旁路可以選用滌綸、紙介、陶瓷、電解等電容。電容在裝入電路前要檢查它有沒(méi)有短路、斷路和漏電等現(xiàn)象，并且核對(duì)它的電容值。安裝的時(shí)候，要使電容的類(lèi)別、容量、耐壓等符號(hào)容易看到，以便核實(shí)。

壽命估算(life expectancy)：電解電容在最高工作溫度下，可持續(xù)動(dòng)作的時(shí)間。

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

lx=實(shí)際工作壽命

lo=保證壽命

to=最高工作溫度(85℃105℃)

ta=電容器實(shí)際工作周?chē)鷾囟?

example：規(guī)范值105℃/1000hrs

65℃壽命推估：lx=1000*2(105-65)/10

實(shí)際工作壽命：8000hrs

高溫負(fù)荷壽命(load life)將電解電容器在最高工作溫度下，印加額定工作電壓，經(jīng)一持續(xù)規(guī)定完成時(shí)間后，須符合下列變化：δcap：試驗(yàn)前之值的20%以內(nèi)。

需要提醒大家的是，鋁電解電容的使用壽命，實(shí)際的需要參照原廠給出的壽命計(jì)算公式，切記 。

電解電容器特點(diǎn)一：?jiǎn)挝惑w積的電容量非常大，比其它種類(lèi)的電容大幾十到數(shù)百倍。

電解電容器特點(diǎn)二：額定的容量可以做到非常大，可以輕易做到幾萬(wàn)μf甚至幾f（但不能和雙電層電容比）。

電解電容器特點(diǎn)三：價(jià)格比其它種類(lèi)具有壓倒性優(yōu)勢(shì)，因?yàn)殡娊怆娙莸慕M成材料都是普通的工業(yè)材料，比如鋁等等。制造鋁電解電容的設(shè)備也都是普通的工業(yè)設(shè)備，可以大規(guī)模生產(chǎn)，成本相對(duì)比較低。

貼片鋁電解電容的兩個(gè)電極分別接在電源的正、負(fù)極上，過(guò)一會(huì)兒即使把電源斷開(kāi)，兩個(gè)引腳間仍然會(huì)有殘留電壓，我們說(shuō)貼片鋁電解電容儲(chǔ)存了電荷。貼片鋁電解電容極板間建立起電壓，積蓄起電能，這個(gè)過(guò)程稱為貼片鋁電解電容的充電。充好電的貼片鋁電解電容兩端有一定的電壓。貼片鋁電解電容儲(chǔ)存的電荷向電路釋放的過(guò)程，稱為貼片鋁電解電容的放電。

貼片鋁電解電容降壓原理

阻容降壓原理圖工作原理是利用電容在一定的交流信號(hào)頻率下產(chǎn)生的容抗來(lái)限制最大工作電流。例如,在50Hz的工頻條件下,一個(gè)1uF的電容所產(chǎn)生的容抗約為3180歐姆。當(dāng)220V的交流電壓加在電容器的兩端,則流過(guò)電容的最大電流約為70mA。雖然流過(guò)電容的電流有70mA,但在電容器上并不產(chǎn)生功耗，因?yàn)槿绻娙菔且粋€(gè)理想電容,則流過(guò)電容的電流為虛部電流,它所作的功為無(wú)功功率。根據(jù)這個(gè)特點(diǎn),我們?nèi)绻谝粋€(gè)1uF的電容器上再串聯(lián)一個(gè)阻性元件,則阻性元件兩端所得到的電壓和它所產(chǎn)生的功耗完全取決于這個(gè)阻性元件的特性。

例如,我們將一個(gè)110V/8W的燈泡與一個(gè)1uF的電容串聯(lián),在接到220V/50Hz的交流電壓上,燈泡被點(diǎn)亮,發(fā)出正常的亮度而不會(huì)被燒毀。因?yàn)?10V/8W的燈泡所需的電流為8W/110V=72mA,它與1uF電容所產(chǎn)生的限流特性相吻合。同理,我們也可以將5W/65V的燈泡與1uF電容串聯(lián)接到220V/50Hz的交流電上,燈泡同樣會(huì)被點(diǎn)亮,而不會(huì)被燒毀。因?yàn)?W/65V的燈泡的工作電流也約為70mA。因此,電容降壓實(shí)際上是利用容抗限流。而電容器實(shí)際上起到一個(gè)限制電流和動(dòng)態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色。

采用電容降壓時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

1、根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當(dāng)?shù)碾娙?而不是依據(jù)負(fù)載的電壓和功率。

2、限流貼片鋁電解電容必須采用無(wú)極性電容,絕對(duì)不能采用電解電容。而且電容的耐壓須在400V以上。最理想的電容為鐵殼油浸電容。

3、電容降壓不能用于大功率條件,因?yàn)椴话踩?

4、電容降壓不適合動(dòng)態(tài)負(fù)載條件。

5、同樣,電容降壓不適合容性和感性負(fù)載。

6、當(dāng)需要直流工作時(shí),盡量采用半波整流。不建議采用橋式整流， 因?yàn)槿ㄕ鳟a(chǎn)生浮置的地，并在零線和火線之間產(chǎn)生高壓，造成人體觸電傷害。而且要滿足恒定負(fù)載的條件。

器件選擇

1、電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)先測(cè)定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值，然后參考示例來(lái)選擇降壓電容器的容量。因?yàn)橥ㄟ^(guò)降壓電容C1向負(fù)載提供的電流Io，實(shí)際上是流過(guò)C1的充放電電流Ic。C1容量越大，容抗Xc越小，則流經(jīng)C1的充、放電電流越大。當(dāng)負(fù)載電流Io小于C1的充放電電流時(shí)，多余的電流就會(huì)流過(guò)穩(wěn)壓管，若穩(wěn)壓管的最大允許電流Idmax小于Ic-Io時(shí)易造成穩(wěn)壓管燒毀。

2、為保證C1可靠工作，其耐壓選擇應(yīng)大于兩倍的電源電壓。

3、泄放電阻R1的選擇必須保證在要求的時(shí)間內(nèi)泄放掉C1上的電荷。