电源里有水的元件“铝电解电容”
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铝电解电容是唯一有“水”的元器件,不爽的时候还会爆浆,因为具有很高的单位CV值和价格低廉而被广泛使用在各种电子产品中。让我们一起来了解下铝电解电容是怎样制造出来的,以及它有哪些特性。
电解电容是唯一一种带有液体的元器件,在所有的电容器中,相同尺寸下,铝电解电容的CV值最大,即能的存储电荷最多,价格最便宜。
电容器的基本模型如图1所示,静电容量的公式如下:
ε:介电常数
S:电极板的面积(m2)
D:两电极板之间的距离
图1 电容器基本模型
图2 常见的电解电容及其结构
实现电解电容性能是靠铝壳中间的素子,素子的结构如图3、图4。
图3 素子的结构
图4 电容的等效电路
作为铝电解电容的电介质氧化膜(Al2O3)的介电常数通常为8~10,这个值并不比其他类型的电容大,但是,通过对铝箔进行蚀刻扩大表面积,并使用电化学的处理得到更薄更耐压的氧化电介质层,使铝电解电容可以取得比其他电容器更大的单位面积CV值。
制造过程
1、蚀刻(扩大大表面积)
蚀刻的作用是扩大铝表面积。
2、化成(形成电介质层)
在阳极铝箔表面形成电介质层(Al2O3)
3、剪裁
按照产品要求裁剪铝箔
4、卷绕
将阴极铝箔和阳极铝箔之间插入电解纸,然后卷绕成圆柱形,在卷绕工艺上阴极箔和阳极箔连接上端子。
5、含浸
将素子浸入电解液中,电解液能对电介质进一步修复。
6、密封
将素子装入铝壳中用封口胶密封。
基本性能:
1、静电容量
铝电解电容的静电容量是在20℃,120Hz,0.5V的交流条件下测试的值,一般来说,温度升高,容量值也会升高;温度低容量也会降低。频率越高,容量越小;频率越低,容量越大。
图5 静电容量的温度特性
图6 静电容量的频率特性
2、Tanδ(损耗角)
交流电流流过铝电解电容时,会产生损耗,因为铝电解电容的电解液、电解纸和其他接触电阻的存在,铝电解电容等效于串联了电阻R,见图7、图8和图9。
图7 铝电解电容的等效模型
图8 Tanδ定义图
图9 Tanδ的温度特性
3、漏电流LC
铝电解电容在承受直流电压时,会有一个小直流电流过电容,理想电容器是不能通直流的,称之为漏电流LC。LC会随时间变化,如图10、图11,最后达到一个稳定值。但温度升高时,LC增加;施加电压降低,LC也会减少。
图10 漏电流时间特性
图11 漏电流温度特性
4、阻抗频率特性
铝电解电容的等效模型有C、R、L组成,电容器两端的频率-阻抗特性也由C、R、L的频率-阻抗特性叠加组成。如图12。1/ωC是容抗,直线向下45°角。ωL是感抗,直线向右上45°角。R代表等效串联电阻。在低频区间,有频率依存的电介质损失影响大,因而R线向下。在高频区间,电解液和电解纸的阻值占主导地位,不在受频率影响,因而R值趋于稳定。
图12 阻抗的频率特性
阻抗也受温度影响:温度升高,阻抗减少;温度降低阻抗增大。
图13 阻抗、ESR的温度频率特性
5、ZLG电源的电解电容的选型
ZLG的电源产品除常规关注的电压、C、R、L特性外,根据电源拓扑结构的不同,对流过电容的电流、工作的温升也需计算、实测、确保留够足够的余量,保证产品的寿命。