1. Introducción
Los condensadores electrolíticos de aluminio son actualmente una amplia variedad de condensadores además de los condensadores cerámicos.. Por lo tanto, como ingeniero de hardware, debes dominar sus características.
Basado en nuestra propia experiencia, La aleación de aluminio con Mg como principal elemento aditivo se denomina aleación de aluminio antioxidante debido a su buena resistencia a la corrosión.. Al escribir documentos, La relación entre la tasa de evaporación del electrolito y la temperatura se expresa mediante la ley de Arrhenius., aprende lo nuevo repasando el pasado, y también espero que sea útil para los lectores, para que todos puedan aprender y progresar juntos.
2. Descripción general de los condensadores electrolíticos de aluminio
2.1, el modelo básico
Los condensadores son dispositivos pasivos. Entre varios condensadores, Los condensadores electrolíticos de aluminio tienen un valor CV mayor y un precio más económico en comparación con otros condensadores del mismo tamaño.. El modelo básico del condensador se muestra en la figura..
La fórmula de cálculo de la capacidad electrostática es la siguiente:
Entre ellos, es la constante dieléctrica, S es el área de la superficie de las dos placas polares enfrentadas, yd es la distancia entre las dos placas polares (el espesor del dieléctrico).
Se puede ver en la fórmula que la capacidad electrostática es proporcional a la constante dieléctrica., y el área de la superficie de la placa es inversamente proporcional a la distancia entre las dos placas. Como constante dieléctrica de la película de óxido dieléctrico. (Al2O3) de condensadores electrolíticos de aluminio suele ser de 8 ~ 10, este valor generalmente no es mayor que otros tipos de condensadores, pero grabando el papel de aluminio para agrandar el área de la superficie, y el uso de tratamiento electroquímico para adelgazar La capa dieléctrica oxidada más resistente al voltaje permite que los condensadores electrolíticos de aluminio alcancen un valor CV mayor por unidad de área que otros condensadores.
Los componentes principales de los condensadores electrolíticos de aluminio son los siguientes:
La relación entre la tasa de evaporación del electrolito y la temperatura se expresa mediante la ley de Arrhenius.
Dieléctrico: película de óxido (Al2O3) formado en la superficie del papel de aluminio del ánodo
Cátodo: el cátodo real es el electrolito.
Otros componentes incluyen papel electrolítico impregnado con electrolito., y lámina catódica conectada al electrolito. t estado tiene estados subdivididos, Los condensadores electrolíticos de aluminio son componentes con estructura polar asimétrica.. Ambos electrodos utilizan papel de aluminio anódico que es bipolar. (no polar) condensador.
2.2. Estructura basica
La estructura del elemento condensador electrolítico de aluminio se muestra en la figura.. Está compuesto por una lámina de ánodo., papel electrolítico, lámina de cátodo y terminales (terminales internos y externos) enrollar juntos, impregnado de electrolito, y empaquetado en una caja de aluminio, y luego sellado con goma.
2.3, las características del material
Papel de aluminio del condensador es el material principal de los condensadores electrolíticos de aluminio. El papel de aluminio se establece como ánodo.. Después de que se energiza la electricidad en el electrolito, una película de óxido (Al2O3) se formará en la superficie del papel de aluminio. Esta película de óxido funciona como dieléctrico..
El papel de aluminio después de que se forma la película de óxido es un metal con propiedades rectificadoras en el electrolito., como un diodo, que se llama válvula de metal.
Primero, para ampliar la superficie, El material de papel de aluminio se coloca en una solución acuosa de cloruro para grabado electroquímico.. Luego, después de aplicar un voltaje superior al voltaje nominal en la solución de borato de amonio, una capa de óxido dieléctrico (Al2O3) se forma en la superficie del papel de aluminio. Esta capa dieléctrica es una película de óxido muy fina y densa., aproximadamente 1.1 ~ 1.5nm / V, y la resistencia de aislamiento es aproximadamente 10^8~10^9Ω/m. El espesor de la capa de óxido es proporcional a la tensión soportada..
Como la lámina del ánodo, el papel de aluminio del cátodo también tiene un proceso de grabado, pero no hay proceso de oxidación. Por lo tanto, solo hay una pequeña cantidad de oxidación natural (Al2O3) en la superficie del cátodo de papel de aluminio, y el voltaje que puede soportar es de solo 0,5 V.
Electrólito
El electrolito es un líquido que conduce la electricidad por iones.. Es un cátodo en el verdadero sentido y sirve como capa dieléctrica que conecta la superficie del ánodo con lámina de aluminio.. El papel de aluminio del cátodo., como el coleccionista, Actúa como conexión entre el cátodo real y el circuito interno.. El electrolito es el material clave que determina las características de los condensadores. (características de temperatura, características de frecuencia, vida de servicio, etc.).
Papel electrolítico
El papel electrolítico juega un papel principalmente en el equilibrio de la distribución del electrolito y mantiene el espacio entre la lámina del cátodo y la lámina del ánodo..
2.4. Proceso de producción
Grabando (área de superficie en expansión)
El efecto del grabado es ampliar la superficie del papel de aluminio.. El grabado es un proceso electroquímico en el que se aplica corriente alterna o continua a una solución de cloruro..
Formación (formación de capa dieléctrica)
La formación es el proceso de formación de una capa dieléctrica. (Al2O3) en la superficie del papel de aluminio del ánodo. Generalmente, la hoja de aluminio formada se utiliza como ánodo.
Cultivo
Según los requisitos de tamaño de diferentes productos., cortar el papel de aluminio (lámina de cátodo y lámina de ánodo) y papel electrolítico del tamaño requerido.
Devanado
Inserte papel electrolítico entre la lámina del cátodo y la lámina del ánodo, y luego enrollarlo en forma cilíndrica. En el proceso de bobinado, la lámina del cátodo y la lámina del ánodo están conectadas a los terminales.
Impregnación
La impregnación es el proceso de sumergir el elemento en el electrolito.. El electrolito puede reparar aún más la capa dieléctrica..
foca
El sellado es el proceso de colocar el elemento en la carcasa de aluminio y luego sellarlo con un material de sellado. (caucho, cubierta de goma, etc.).
Envejecimiento (reformado en)
El envejecimiento es el proceso de aplicar voltaje al capacitor sellado a alta temperatura.. Este proceso puede reparar algunos daños a la capa dieléctrica durante el proceso de corte y bobinado..
Inspección completa, embalaje
Despues de envejecer, Se comprobarán las características eléctricas de todos los productos.. Y para procesamiento terminal, trenzado y así sucesivamente. Empácalo.
3. Caracteristicas basicas
3.1, capacidad electrostática
Cuanto mayor sea la superficie del electrodo, cuanto mayor sea la capacidad (la capacidad de almacenar carga). El valor de capacitancia del condensador electrolítico de aluminio es el valor probado bajo la condición de 20 ℃, 120Hz / 0,5 V corriente alterna.
A medida que aumenta la temperatura, la capacidad aumenta; a medida que la temperatura disminuye, la capacidad disminuye.
Cuanto mayor sea la frecuencia, cuanto menor sea la capacidad; cuanto menor sea la frecuencia, cuanto mayor sea la capacidad.
3.2, ángulo de pérdida
El circuito equivalente del condensador electrolítico se muestra en la figura anterior. (ignorando la resistencia del aislamiento). Cuando la frecuencia es de 120 Hz (el ángulo de pérdida nominal del condensador general se mide a esta frecuencia), la frecuencia es muy baja en relación con la inductancia en serie equivalente L, para que se pueda ignorar L, el modelo de ángulo de pérdida es el siguiente:
Se puede obtener la fórmula del ángulo de pérdida:
La relación entre el ángulo de pérdida y la temperatura se muestra en la siguiente figura.. Cuanto mayor sea la temperatura, cuanto menor es el ángulo de pérdida.
A bajas temperaturas, se puede ver que el ángulo de pérdida se vuelve mucho mayor. Está 0.05 a 20 ° C y 0.09 a -40 ° C. Según la fórmula, la ESR ha aumentado casi el doble.
3.3, corriente de fuga
La corriente de fuga es una de las características de los condensadores electrolíticos de aluminio.. Cuando se aplica un voltaje de CC, la capa de óxido dieléctrico deja pasar una pequeña corriente. Esta parte de la pequeña corriente se llama corriente de fuga.. El condensador ideal no producirá corriente de fuga. (a diferencia de la corriente de carga, esta corriente seguirá existiendo incluso si el voltaje es constante).
La corriente de fuga cambiará con el tiempo., como se muestra en la figura, alcanzará un valor estable después de disminuir con el tiempo. Por lo tanto, el valor de especificación de la corriente de fuga es el valor medido después de aplicar la tensión nominal durante un período de tiempo a 20 ° C.
Cuando sube la temperatura, la corriente de fuga aumenta; cuando la temperatura baja, la corriente de fuga disminuye, y el voltaje aplicado disminuye, y el valor de la corriente de fuga también disminuye.
3.4. Curva de impedancia-frecuencia
Según el modelo, la impedancia compleja del condensador es:
Módulo de impedancia: 28
Dibuje la curva de impedancia-frecuencia como se muestra a continuación:
1/ωC es reactancia capacitiva, y la línea recta de reactancia capacitiva en la figura tiene un ángulo de 45° hacia abajo. ωL es la reactancia inductiva, y su línea recta forma un ángulo de 45° con la esquina superior derecha. R representa la resistencia en serie equivalente. En el rango de baja frecuencia, la influencia de la pérdida dieléctrica dependiente de la frecuencia es grande, entonces la curva R es hacia abajo. En el rango de alta frecuencia, el valor de resistencia del papel electrolítico y electrolítico domina y ya no se ve afectado por la frecuencia, por lo que el valor de R tiende a ser estable.
4. Parámetros ordinarios del condensador electrolítico de aluminio
Los fabricantes generalmente tienen varias series de condensadores electrolíticos., baja ESR, larga vida, y alta temperatura. Los productos ordinarios son rendimiento., sí, los parámetros generales de temperatura y vida son 85 ℃ / 105 ℃ -1000h / 2000h. Esta sección también trata sobre este tipo de condensadores electrolíticos de aluminio..
5. Condensadores electrolíticos de aluminio de alta calidad
Los condensadores electrolíticos de aluminio de alta calidad aquí son relativos a los condensadores electrolíticos de aluminio ordinarios.. En algunas ocasiones especiales, Los condensadores electrolíticos de aluminio ordinarios no pueden cumplir con nuestros requisitos.. De hecho, Los fabricantes de condensadores electrolíticos de aluminio suelen ofrecer varias series de modelos.. Los de alta calidad se dividen principalmente en tres categorías.: resistencia a altas temperaturas, larga vida, y baja impedancia.
La relación entre la tasa de evaporación del electrolito y la temperatura se expresa mediante la ley de Arrhenius..
La larga vida puede llegar a 5000 h., y la temperatura alta puede alcanzar los 125 ℃.
6. Voltaje anormal
La aplicación de voltaje anormal hará que el calor y el gas dentro del capacitor aumenten la presión interna, y el aumento de presión hará que la válvula se abra o el condensador se dañe.
6.1, voltaje excesivo
La aplicación de un voltaje superior al voltaje nominal provocará una reacción química de la lámina del ánodo. (formación de un dieléctrico), resultando en un rápido aumento de la corriente de fuga, que generará calor y gas, y la presión interna también aumentará.
Esta reacción química se acelerará con el aumento de voltaje., Actual, y temperatura ambiente. A medida que aumenta la presión interna, El condensador abrirá la válvula o se dañará.. También puede causar que la capacidad del capacitor disminuya., el ángulo de pérdida y la corriente de fuga para aumentar, lo que puede provocar un cortocircuito en el condensador.
6.2 Tensión inversa
La relación entre la tasa de evaporación del electrolito y la temperatura se expresa mediante la ley de Arrhenius.. Como aplicar un voltaje excesivo, hará que la corriente de fuga aumente rápidamente, y se generará calor y gas dentro del condensador, lo que hará que la presión interna aumente.
Esta reacción química se acelerará con el aumento de voltaje., Actual, y temperatura ambiente. Al mismo tiempo, la capacidad electrostática disminuye, el ángulo de pérdida aumenta, y la corriente de fuga aumenta.
La aplicación de un voltaje inverso de aproximadamente 1 V provocará una disminución en la capacidad; la aplicación de un voltaje inverso de 2V-3V provocará una disminución en la capacidad, un aumento en el ángulo de pérdida/o un aumento en la corriente de fuga y acortar la vida útil del capacitor. Si se aplica un voltaje inverso mayor, la válvula se abrirá o el condensador se dañará.
7. Reiniciar voltaje
Cargue el condensador electrolítico de aluminio, cortocircuito sus terminales, y luego abra la línea de cortocircuito y déjela por un período de tiempo, El voltaje entre los dos terminales aumentará nuevamente.. El voltaje en este momento se llama voltaje de reinicio..
Después de aplicar un voltaje al dieléctrico, se produce un cambio eléctrico dentro del dieléctrico, y la superficie del dieléctrico lleva el voltaje aplicado y las cargas inversas positivas y negativas.. (Polarización) Porque la velocidad de polarización es rápida o lenta., después de aplicar un voltaje, establezca el voltaje entre los terminales a 0 V, abre la linea, y colócalo. El potencial de reacción de polarización lenta genera un voltaje entre los terminales..
El cambio de tiempo de la tensión de reinicio se muestra en la figura. El valor pico se alcanza después de aproximadamente 10-20 días después de la apertura de las dos terminales, y luego disminuye gradualmente. Además, el valor del poder de resurgimiento de los grandes productos (tipo de terminal de tornillo, tablero tipo autoportante) tiende a aumentar.
Después de que ocurre el nuevo voltaje, si los dos terminales se cortocircuitan accidentalmente, El encendido traerá una sensación de terror a los trabajadores de la línea de producción., y los elementos impulsores de bajo voltaje, como la CPU y la memoria del circuito, también pueden dañarse. Como medida preventiva, descargue la carga acumulada con una resistencia de aproximadamente 100 a 1K ohmios antes de usar.
8. Vida útil de los condensadores electrolíticos de aluminio.
8.1. El principio de cálculo de la vida.
La vida útil de los condensadores electrolíticos de aluminio generalmente se ve afectada por el fenómeno de que el electrolito se evapora al exterior a través del sello., que se manifiesta como una disminución en la capacidad electrostática y un aumento en el valor de la tangente de pérdida.
La relación entre la tasa de evaporación del electrolito y la temperatura se expresa mediante la ley de Arrhenius.:
k es: velocidad de reacción química
A: Factor de frecuencia
mi: Energía de activación
R: Constante de gas
T: temperatura
Esta fórmula ilustra la relación logarítmica entre la velocidad de reacción química (la tasa de pérdida de electrolitos) y temperatura. La temperatura está determinada por la temperatura ambiente del condensador electrolítico de aluminio y la corriente de ondulación.. Por lo tanto, la temperatura ambiente y la corriente de ondulación determinan la vida útil del condensador electrolítico de aluminio.
La fórmula de vida útil real de los condensadores electrolíticos de aluminio es la siguiente (diferentes condensadores tienen algunas diferencias, solo para referencia):
Lx es la vida útil.
Lo es el valor de por vida garantizado (la vida útil declarada en la especificación).
A es la temperatura de trabajo (el límite superior de la temperatura en la especificación).
Tx es la temperatura ambiente real, la temperatura ambiente real del condensador electrolítico de aluminio.
La relación entre la tasa de evaporación del electrolito y la temperatura se expresa mediante la ley de Arrhenius.: cada vez que la temperatura de funcionamiento del condensador aumenta en 10 ° C, la vida del condensador se duplica