1. Einführung
Aluminium-Elektrolytkondensatoren sind neben Keramikkondensatoren derzeit eine Vielzahl von Kondensatoren. Deswegen, als Hardware-Ingenieur, Sie müssen seine Eigenschaften beherrschen.
Aus eigener Erfahrung, Eine Aluminiumlegierung mit Mg als Hauptadditivelement wird wegen ihrer guten Korrosionsbeständigkeit als Anti-Rost-Aluminiumlegierung bezeichnet. Durch das Schreiben von Dokumenten, Der Zusammenhang zwischen der Verdampfungsrate des Elektrolyten und der Temperatur wird durch das Gesetz von Arrhenius ausgedrückt, Lernen Sie das Neue, indem Sie die Vergangenheit Revue passieren lassen, und hoffe auch, dass es für die leser hilfreich ist, damit alle gemeinsam lernen und Fortschritte machen können.
2. Übersicht Aluminium-Elektrolytkondensatoren
2.1, das Grundmodell
Kondensatoren sind passive Geräte. Unter verschiedenen Kondensatoren, Aluminium-Elektrolytkondensatoren haben einen größeren CV-Wert und einen günstigeren Preis, wenn die gleiche Größe mit anderen Kondensatoren verglichen wird. Das Grundmodell des Kondensators ist in der Abbildung dargestellt.
Die Formel zur Berechnung der elektrostatischen Kapazität lautet wie folgt::
Unter ihnen, ist die Dielektrizitätskonstante, S ist die Fläche der beiden einander zugewandten Polplatten, und d ist der Abstand zwischen den beiden Polplatten (die Dicke des Dielektrikums).
Aus der Formel geht hervor, dass die elektrostatische Kapazität proportional zur Dielektrizitätskonstante ist, und die Oberfläche der Platte ist umgekehrt proportional zum Abstand zwischen den beiden Platten. Als Dielektrizitätskonstante des dielektrischen Oxidfilms (Al2O3) von Aluminium-Elektrolytkondensatoren beträgt normalerweise 8~10, dieser Wert ist im Allgemeinen nicht größer als bei anderen Kondensatortypen, aber durch Ätzen der Aluminiumfolie, um die Oberfläche zu vergrößern, und Verwendung einer elektrochemischen Behandlung, um dünner zu werden Die spannungsfestere oxidierte dielektrische Schicht ermöglicht es Aluminium-Elektrolytkondensatoren, einen höheren CV-Wert pro Flächeneinheit als andere Kondensatoren zu erreichen.
Die Hauptkomponenten von Aluminium-Elektrolytkondensatoren sind wie folgt:
Der Zusammenhang zwischen der Verdampfungsrate des Elektrolyten und der Temperatur wird durch das Gesetz von Arrhenius ausgedrückt
Dielektrikum—Oxidfilm (Al2O3) auf der Oberfläche der Anodenaluminiumfolie gebildet
Kathode – Die eigentliche Kathode ist der Elektrolyt
Weitere Komponenten sind mit Elektrolyt imprägniertes Elektrolytpapier, und Kathodenfolie, die mit dem Elektrolyten verbunden ist. Der W-Zustand bezieht sich auf den Lösungsglühbehandlungszustand, Aluminium-Elektrolytkondensatoren sind Bauelemente mit polar asymmetrischem Aufbau. Beide Elektroden verwenden eine bipolare Anode aus Aluminiumfolie (nicht polar) Kondensator.
2.2. Grundstruktur
Die Struktur des Aluminium-Elektrolytkondensatorelements ist in der Abbildung dargestellt. Es besteht aus Anodenfolie, Elektrolytpapier, Kathodenfolie und Anschlüsse (interne und externe Anschlüsse) zusammen gewunden, mit Elektrolyt imprägniert, und in einem Alukoffer verpackt, und dann mit Gummi abgedichtet.
2.3, die Eigenschaften des Materials
Kondensator Aluminiumfolie ist das Hauptmaterial von Aluminium-Elektrolytkondensatoren. Als Anode wird die Alufolie eingesetzt. Nachdem der Elektrolyt mit Strom versorgt wurde, ein Oxidfilm (Al2O3) wird auf der Oberfläche der Aluminiumfolie gebildet. Dieser Oxidfilm fungiert als Dielektrikum.
Die Aluminiumfolie nach der Bildung des Oxidfilms ist ein Metall mit gleichrichtenden Eigenschaften im Elektrolyten, wie eine Diode, was als Ventilmetall bezeichnet wird.
Zuerst, um die Oberfläche zu erweitern, das Aluminiumfolienmaterial wird zum elektrochemischen Ätzen in eine wässrige Chloridlösung gegeben. Aluminiumplatten werden im Leben der Menschen immer häufiger verwendet, nach Anlegen einer Spannung höher als die Nennspannung in der Ammoniumboratlösung, eine dielektrische Oxidschicht (Al2O3) bildet sich auf der Oberfläche der Aluminiumfolie. Diese dielektrische Schicht ist ein sehr dünner und dichter Oxidfilm, ungefähr 1,1~1,5nm/V, und der Isolationswiderstand beträgt etwa 10 ^ 8 ~ 10 ^ 9 Ω / m. Die Dicke der Oxidschicht ist proportional zur Stehspannung.
Wie die Anodenfolie, die Kathoden-Aluminiumfolie hat auch einen Ätzprozess, aber es findet kein Oxidationsprozess statt. Deswegen, es gibt nur eine geringe Menge an natürlicher Oxidation (Al2O3) auf der Oberfläche der Kathoden-Aluminiumfolie, und die Spannung, die es aushalten kann, beträgt nur etwa 0,5 V.
Elektrolyt
Der Elektrolyt ist eine Flüssigkeit, die Strom durch Ionen leitet. Sie ist im eigentlichen Sinne eine Kathode und dient als dielektrische Schicht, die die Oberfläche der Anode mit der Aluminiumfolie verbindet. Die Kathoden-Aluminiumfolie, wie der sammler, fungiert als Verbindung zwischen der realen Kathode und dem internen Schaltkreis. Elektrolyt ist das Schlüsselmaterial, das die Eigenschaften von Kondensatoren bestimmt (Temperatureigenschaften, Frequenzcharakteristik, Lebensdauer, usw.).
Elektrolytpapier
Elektrolytpapier spielt hauptsächlich eine Rolle, um die Elektrolytverteilung auszugleichen und den Spalt zwischen der Kathodenfolie und der Anodenfolie zu halten.
2.4. Produktionsprozess
Radierung (Erweiterung der Oberfläche)
Der Effekt des Ätzens besteht darin, die Oberfläche der Aluminiumfolie zu vergrößern. Ätzen ist ein elektrochemisches Verfahren, bei dem Wechsel- oder Gleichstrom an eine Chloridlösung angelegt wird.
Formation (Bildung der dielektrischen Schicht)
Bildung ist der Prozess der Bildung einer dielektrischen Schicht (Al2O3) auf der Oberfläche der Anodenaluminiumfolie. Allgemein, die geformte Aluminiumfolie wird als Anode verwendet.
Ernte
Entsprechend den Größenanforderungen verschiedener Produkte, schneide die Alufolie (Kathodenfolie und Anodenfolie) und Elektrolytpapier auf die gewünschte Größe.
Wicklung
Elektrolytpapier zwischen Kathodenfolie und Anodenfolie einlegen, und dann in eine zylindrische Form wickeln. Im Wickelprozess, die Kathodenfolie und die Anodenfolie sind mit den Klemmen verbunden.
Imprägnierung
Beim Imprägnieren wird das Element in den Elektrolyten getaucht. Der Elektrolyt kann die dielektrische Schicht weiter reparieren.
Siegel
Versiegeln ist der Vorgang, bei dem das Element in die Aluminiumschale eingelegt und dann mit einem Dichtungsmaterial abgedichtet wird (Gummi, Gummiabdeckung, usw.).
Altern (reformiert in)
Altern ist der Vorgang des Anlegens einer Spannung an den versiegelten Kondensator bei hoher Temperatur. Dieser Prozess kann einige Schäden an der dielektrischen Schicht während des Schneide- und Wickelprozesses reparieren.
Vollständige Inspektion, Verpackung
Nach dem Altern, Alle Produkte werden auf elektrische Eigenschaften geprüft. Und für die Terminalverarbeitung, Flechten und so weiter. Pack es.
3. Grundeigenschaften
3.1, elektrostatische Kapazität
Je größer die Oberfläche der Elektrode, je größer die Kapazität (die Fähigkeit, Ladung zu speichern). Der Kapazitätswert des Aluminium-Elektrolytkondensators ist der unter der Bedingung von 20℃ getestete Wert, 120Hz/0,5V Wechselstrom.
Wenn die Temperatur steigt, die Kapazität steigt; wenn die Temperatur sinkt, die Kapazität sinkt.
Je höher die Frequenz, je kleiner die Kapazität; je niedriger die Frequenz, je größer die Kapazität.
3.2, Verlustwinkel
Das Ersatzschaltbild des Elektrolytkondensators ist in der Abbildung oben dargestellt (den Isolationswiderstand ignorieren). Bei einer Frequenz von 120 Hz (der Nennverlustwinkel des allgemeinen Kondensators wird bei dieser Frequenz gemessen), die Frequenz ist relativ zur äquivalenten Serieninduktivität L . sehr niedrig, also kann es ignoriert werden L, das Verlustwinkelmodell ist wie folgt:
Die Verlustwinkelformel kann erhalten werden:
Die Beziehung zwischen Verlustwinkel und Temperatur ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Je höher die Temperatur, je kleiner der Verlustwinkel.
Bei niedrigen Temperaturen, es ist zu erkennen, dass der Verlustwinkel viel größer wird. es ist 0.05 bei 20°C und 0.09 bei -40°C. Nach der Formel, der ESR hat sich fast verdoppelt.
3.3, Ableitstrom
Leckstrom ist eine der Eigenschaften von Aluminium-Elektrolytkondensatoren. Wenn eine Gleichspannung angelegt wird, die dielektrische Oxidschicht lässt einen kleinen Strom durch. Dieser Teil des kleinen Stroms wird Leckstrom genannt. Der ideale Kondensator erzeugt keinen Leckstrom (im Gegensatz zum Ladestrom, dieser Strom bleibt auch bei konstanter Spannung bestehen).
Der Leckstrom ändert sich mit der Zeit, wie in der Abbildung gezeigt, es wird einen stabilen Wert erreichen, nachdem es mit der Zeit abgenommen hat. Deswegen, Der Spezifikationswert des Ableitstroms ist der gemessene Wert nach Anlegen der Nennspannung für eine Zeitdauer bei 20°C.
Wenn die Temperatur steigt, der Ableitstrom steigt; wenn die Temperatur sinkt, der Ableitstrom sinkt, und die angelegte Spannung sinkt, und der Ableitstromwert sinkt auch.
3.4. Impedanz-Frequenz-Kurve
Nach dem Modell, die komplexe Impedanz des Kondensators ist:
Impedanzmodul: 28
Zeichnen Sie die Impedanz-Frequenz-Kurve wie unten gezeigt:
1/ωC ist kapazitive Reaktanz, und die gerade Linie der kapazitiven Reaktanz in der Figur ist um 45° nach unten abgewinkelt. ωL ist die induktive Reaktanz, und seine Gerade bildet mit der oberen rechten Ecke einen Winkel von 45°. R steht für den äquivalenten Serienwiderstand. Im Niederfrequenzbereich, der Einfluss des frequenzabhängigen dielektrischen Verlustes ist groß, Die R-Kurve zeigt also nach unten. Im Hochtonbereich, der Widerstandswert von Elektrolyt und Elektrolytpapier dominiert und wird nicht mehr von der Frequenz beeinflusst, der R-Wert ist also tendenziell stabil.
4. Parameter für gewöhnliche Aluminium-Elektrolytkondensatoren
Hersteller haben in der Regel verschiedene Serien von Elektrolytkondensatoren, niedriger ESR, langes Leben, und hohe Temperatur. Die gewöhnlichen Produkte sind Leistung, ja, die allgemeinen Temperatur- und Lebensdauerparameter sind 85℃/105℃-1000h/2000h. In diesem Abschnitt geht es auch um diese Art von Aluminium-Elektrolytkondensatoren.
5. Hochwertige Aluminium-Elektrolytkondensatoren
Die hochwertigen Aluminium-Elektrolytkondensatoren hier sind relativ zu gewöhnlichen Aluminium-Elektrolytkondensatoren. Zu besonderen Anlässen, gewöhnliche Aluminium-Elektrolytkondensatoren können unsere Anforderungen nicht erfüllen. In der Tat, Hersteller von Aluminium-Elektrolytkondensatoren bieten normalerweise mehrere Modellreihen an. Hochwertige werden hauptsächlich in drei Kategorien unterteilt: hohe Temperaturbeständigkeit, langes Leben, und niedrige Impedanz.
Der Zusammenhang zwischen der Verdampfungsrate des Elektrolyten und der Temperatur wird durch das Gesetz von Arrhenius ausgedrückt.
Die lange Lebensdauer kann 5000h erreichen, und die hohe temperatur kann 125 erreichen.
6. Abnormale Spannung
Das Anlegen einer anormalen Spannung führt dazu, dass Hitze und Gas im Kondensator den Innendruck erhöhen, und der Druckanstieg führt zum Öffnen des Ventils oder zur Beschädigung des Kondensators.
6.1, Überspannung
Das Anlegen einer Spannung über der Nennspannung führt zu einer chemischen Reaktion der Anodenfolie (Bildung eines Dielektrikums), was zu einem schnellen Anstieg des Ableitstroms führt, das erzeugt Wärme und Gas, und der Innendruck wird auch steigen.
Diese chemische Reaktion beschleunigt sich mit steigender Spannung, Strom, und Umgebungstemperatur. Wenn der Innendruck steigt, Der Kondensator öffnet das Ventil oder wird beschädigt. Es kann auch dazu führen, dass die Kapazität des Kondensators abnimmt, der Verlustwinkel und der Ableitstrom erhöhen sich, was zu einem Kurzschluss des Kondensators führen kann.
6.2 Sperrspannung
Der Zusammenhang zwischen der Verdampfungsrate des Elektrolyten und der Temperatur wird durch das Gesetz von Arrhenius ausgedrückt. Wie das Anlegen einer zu hohen Spannung, es wird dazu führen, dass der Leckstrom schnell ansteigt, und Hitze und Gas werden im Kondensator erzeugt, wodurch der Innendruck ansteigt.
Diese chemische Reaktion beschleunigt sich mit steigender Spannung, Strom, und Umgebungstemperatur. Zur selben Zeit, die elektrostatische Kapazität nimmt ab, der Verlustwinkel steigt, und der Ableitstrom steigt.
Das Anlegen einer Sperrspannung von etwa 1 V führt zu einer Verringerung der Kapazität; Anlegen einer Sperrspannung von 2V-3V führt zu einer Verringerung der Kapazität, eine Erhöhung des Verlustwinkels/oder eine Erhöhung des Leckstroms und verkürzt die Lebensdauer des Kondensators. Wenn eine größere Sperrspannung angelegt wird, das Ventil öffnet oder der Kondensator wird beschädigt.
7. Neustartspannung
Laden Sie den Aluminium-Elektrolytkondensator, seine Anschlüsse kurzschließen, und dann die Kurzschlussleitung öffnen und einige Zeit stehen lassen, die Spannung zwischen den beiden Klemmen steigt wieder an. Die Spannung zu diesem Zeitpunkt wird die Neustartspannung genannt.
Nach Anlegen einer Spannung an das Dielektrikum, im Inneren des Dielektrikums tritt eine elektrische Änderung auf, und die Oberfläche des Dielektrikums trägt die angelegte Spannung und positive und negative Rückwärtsladungen. (Polarisation) Weil die Polarisationsgeschwindigkeit schnell oder langsam ist, nach Anlegen einer Spannung, stellen Sie die Spannung zwischen den Klemmen auf 0V, öffne die Leitung, und platziere es. Das langsame Polarisationsreaktionspotential erzeugt eine Spannung zwischen den Anschlüssen.
Die zeitliche Änderung der Wiederanlaufspannung ist in der Abbildung dargestellt. Der Spitzenwert wird nach ca. erreicht 10-20 Tage nach Eröffnung der beiden Terminals, und nimmt dann allmählich ab. Zusätzlich, der Wiederaufstiegskraftwert großer Produkte (Schraubklemmentyp, Board selbsttragender Typ) neigt zur Zunahme.
Nachdem die erneute Spannung auftritt, wenn die beiden Klemmen versehentlich kurzgeschlossen wurden, die Zündung wird den Arbeitern am Fließband ein Gefühl des Schreckens geben, und die Niederspannungstreiberelemente wie die CPU und der Speicher der Schaltung können ebenfalls beschädigt werden. Als vorbeugende Maßnahme, Bitte entladen Sie die angesammelte Ladung mit einem Widerstand von ca 100 auf 1K Ohm vor dem Gebrauch.
8. Lebensdauer von Aluminium-Elektrolytkondensatoren
8.1. Das Rechenprinzip des Lebens
Die Lebensdauer von Aluminium-Elektrolytkondensatoren wird im Allgemeinen durch das Phänomen beeinflusst, dass der Elektrolyt durch die Dichtung nach außen verdampft, was sich in einer Abnahme der elektrostatischen Kapazität und einer Zunahme des Verlusttangens-Wertes äußert.
Der Zusammenhang zwischen der Verdampfungsrate des Elektrolyten und der Temperatur wird durch das Gesetz von Arrhenius ausgedrückt:
k ist: chemische Reaktionsgeschwindigkeit
EIN: Frequenzfaktor
E: Aktivierungsenergie
R: Gaskonstante
T: Temperatur
Diese Formel veranschaulicht die logarithmische Beziehung zwischen der chemischen Reaktionsgeschwindigkeit (die Rate des Elektrolytverlustes) und Temperatur. Die Temperatur wird durch die Umgebungstemperatur des Aluminium-Elektrolytkondensators und den Ripple-Strom bestimmt. Deswegen, die Umgebungstemperatur und der Ripplestrom bestimmen die Lebensdauer des Aluminium-Elektrolytkondensators.
Die tatsächliche Lebensdauerformel von Aluminium-Elektrolytkondensatoren lautet wie folgt (verschiedene Kondensatoren haben einige Unterschiede, nur als Referenz):
Lx ist die Lebensdauer.
Lo ist der garantierte Lebensdauerwert (die in der Spezifikation angegebene Lebensdauer).
To ist die Arbeitstemperatur (die obere Grenze der Temperatur in der Spezifikation).
Tx ist die tatsächliche Umgebungstemperatur, die tatsächliche Umgebungstemperatur des Aluminium-Elektrolytkondensators.
Der Zusammenhang zwischen der Verdampfungsrate des Elektrolyten und der Temperatur wird durch das Gesetz von Arrhenius ausgedrückt: jedes Mal, wenn die Betriebstemperatur des Kondensators um 10°C ansteigt, die Lebensdauer des Kondensators wird verdoppelt