1. Panimula
Ang mga aluminyo electrolytic capacitors ay kasalukuyang isang malawak na iba't ibang mga capacitors bilang karagdagan sa ceramic capacitors. Samakatuwid, bilang isang hardware engineer, kailangan mong master ang kanyang mga katangian.
Batay sa sarili nating karanasan, ibinuod namin ang dokumentong ito para sa hardware disenyo pangangailangan at paghihirap sa pamamagitan ng pagkonsulta sa iba't-ibang mga materyales. Sa pamamagitan ng pagsulat ng mga dokumento, ang layunin ay gawing mas sistematiko ang kaalaman ng isang tao, Alamin ang Bago sa pamamagitan ng Pagrepaso sa Nakaraan, at sana rin ay makatulong ito sa mga mambabasa, upang ang lahat ay matuto at magkasamang umunlad.
2. Pangkalahatang ideya ng aluminyo electrolytic capacitors
2.1, ang basic model
Capacitors ay passive device. Kabilang sa iba't ibang mga capacitors, aluminyo electrolytic capacitors ay may isang mas malaking CV halaga at isang mas mura presyo kapag ang parehong laki ay inihambing sa iba pang mga capacitors. Ang pangunahing modelo ng kapasitor ay ipinapakita sa figure.
Ang electrostatic kapasidad pagkalkula formula ay ang mga sumusunod:
Kabilang sa kanila, constant ba ang dielectric, S ang surface area ng dalawang pole plates na magkaharap, at d ang layo ng dalawang pole plates (ang kapal ng dielectric).
Maaari itong makita mula sa formula na ang electrostatic kapasidad ay proporsyonal sa dielectric constant, at ang ibabaw na lugar ng plato ay baligtad na proporsyonal sa distansya sa pagitan ng dalawang plato. Bilang ang dielectric constant ng dielectric oxide film (Al2O3) ng aluminyo electrolytic capacitors ay karaniwang 8 ~ 10, Ang halaga na ito ay karaniwang hindi mas malaki kaysa sa iba pang mga uri ng capacitors, ngunit sa pamamagitan ng pag ukit ng aluminyo foil upang palakihin ang ibabaw na lugar, at paggamit ng electrochemical treatment upang makakuha ng thinner Ang mas boltahe lumalaban oxidized dielectric layer ay nagbibigay daan sa aluminyo electrolytic capacitors upang makamit ang isang mas malaking halaga ng CV bawat yunit na lugar kaysa sa iba pang mga capacitors.
Ang mga pangunahing bahagi ng aluminyo electrolytic capacitors ay ang mga sumusunod:
Anode---aluminum foil
Dielectric—Oksido pelikula (Al2O3) nabuo sa ibabaw ng anode aluminum foil
Cathode—Ang tunay na katod ay electrolyte
Kabilang sa iba pang mga bahagi ang electrolytic paper na pinahiran ng electrolyte, at cathode foil na konektado sa electrolyte. Sa buod, aluminyo electrolytic capacitors ay mga bahagi na may polar asymmetric istraktura. Ang parehong mga electrodes ay gumagamit ng anode aluminum foil ay isang bipolar (di polar) kapasitor.
2.2. Pangunahing istraktura
Ang istraktura ng aluminyo electrolytic capacitor elemento ay ipinapakita sa figure. Ito ay binubuo ng anode foil, electrolytic paper, katod foil at mga terminal (panloob at panlabas na terminal) magkasamang sugat, impregnated sa electrolyte, at naka pack sa isang aluminum case, tapos tinatakan ng goma.
2.3, ang mga katangian ng materyal
Capacitor aluminyo foil ay ang pangunahing materyal ng aluminyo electrolytic capacitors. Ang aluminyo foil ay nakatakda bilang ang anode. Pagkatapos ng kuryente ay energized sa electrolyte, isang oksido film (Al2O3) ay mabubuo sa ibabaw ng aluminum foil. Ang oksido film na ito ay gumagana bilang isang dielectric.
Ang aluminyo foil pagkatapos ng oksido film ay nabuo ay isang metal na may rectifying properties sa electrolyte, parang diode, na kung saan ay tinatawag na balbula metal.
Una, upang mapalawak ang ibabaw na lugar, ang materyal ng aluminyo foil ay inilalagay sa isang aqueous chloride solution para sa electrochemical etching. Pagkatapos, pagkatapos ng paglalapat ng isang boltahe na mas mataas kaysa sa rated boltahe sa ammonium borate solusyon, isang layer ng dielectric oxide (Al2O3) ay nabuo sa ibabaw ng aluminyo foil. Ang dielectric layer na ito ay isang napaka manipis at siksik na oksido film, tungkol sa 1.1 ~ 1.5nm / V, at ang insulation resistance ay tungkol sa Ito ay 10^8~10^9Ω/m. Ang kapal ng layer ng oksido ay proporsyonal sa makatiis na boltahe.
Tulad ng anode foil, ang cathode aluminum foil ay mayroon ding proseso ng etching, pero walang oxidation process. Samakatuwid, Mayroon lamang isang maliit na halaga ng natural na oksihenasyon (Al2O3) sa ibabaw ng katod aluminum foil, at ang boltahe na kaya nitong makayanan ay mga 0.5V lang.
Electrolyte
Ang electrolyte ay isang likido na nagsasagawa ng kuryente sa pamamagitan ng ions. Ito ay isang katod sa tunay na kahulugan at nagsisilbing isang dielectric layer na nag uugnay sa ibabaw ng anode aluminyo foil. Ang katod aluminyo foil, tulad ng kolektor, gumaganap bilang isang koneksyon sa pagitan ng tunay na katod at ang panloob na circuit. Electrolyte ay ang susi materyal na tumutukoy sa mga katangian ng capacitors (mga katangian ng temperatura, mga katangian ng dalas, buhay ng paglilingkod, atbp.).
Papel na electrolytic
Ang papel na electrolytic ay pangunahing gumaganap ng isang papel sa pagbabalanse ng pamamahagi ng electrolyte at pagpapanatili ng agwat sa pagitan ng cathode foil at ang anode foil.
2.4. Proseso ng produksyon
Etching (pagpapalawak ng ibabaw na lugar)
Ang epekto ng etching ay upang palakihin ang ibabaw na lugar ng aluminyo foil. Ang Etching ay isang prosesong electrochemical kung saan ang alternating o direct current ay inilalapat sa isang solusyon sa klorido.
Pagbuo (pagbuo ng dielectric layer)
Ang pagbuo ay ang proseso ng pagbuo ng isang dielectric layer (Al2O3) sa ibabaw ng anode aluminum foil. Karaniwan, ang nabuo aluminyo foil ay ginagamit bilang isang anode.
Pananim
Ayon sa mga kinakailangan sa laki ng iba't ibang mga produkto, gupitin ang aluminum foil (katod foil at anode foil) at electrolytic paper sa kinakailangang sukat.
pag-ikot
Ipasok ang electrolytic paper sa pagitan ng cathode foil at ang anode foil, at pagkatapos ay hangin ito sa isang cylindrical hugis. Sa proseso ng paglililok, ang cathode foil at ang anode foil ay konektado sa mga terminal.
Pagpapahina
Ang impregnation ay ang proseso ng paglubog ng elemento sa electrolyte. Ang electrolyte ay maaaring karagdagang ayusin ang dielectric layer.
tatak
Ang sealing ay ang proseso ng paglalagay ng elemento sa aluminyo shell at pagkatapos ay i seal ito gamit ang isang sealing material (goma na, takip ng goma, atbp.).
Pagtanda (binago sa)
Aging ay ang proseso ng paglalapat ng boltahe sa selyadong kapasitor sa isang mataas na temperatura. Ang prosesong ito ay maaaring ayusin ang ilang mga pinsala sa dielectric layer sa panahon ng pagputol at paikot na proseso.
Buong inspeksyon, packaging
Pagkatapos ng pagtanda, lahat ng mga produkto ay susuriin para sa mga katangian ng kuryente. At para sa pagproseso ng terminal, pagtitirintas at iba pa. I-pack mo na ito.
3. Mga pangunahing katangian
3.1, electrostatic kapasidad
Ang mas malaki ang ibabaw na lugar ng elektrod, mas malaki ang kapasidad (ang kakayahang mag imbak ng singil). Ang capacitance value ng aluminyo electrolytic capacitor ay ang halaga na sinubok sa ilalim ng kondisyon ng 20 °C, 120Hz / 0.5V alternating kasalukuyang.
Habang tumataas ang temperatura, ang kapasidad ay nagdaragdag; habang bumababa ang temperatura, ang kapasidad ay bumababa.
Ang mas mataas na dalas, mas maliit ang kapasidad; mas mababa ang frequency, mas malaki ang kapasidad.
3.2, anggulo ng pagkawala
Ang katumbas na circuit ng electrolytic capacitor ay ipinapakita sa figure sa itaas (hindi pagpansin sa paglaban sa pagkakabukod). Kapag ang dalas ay 120Hz (ang nominal na pagkawala anggulo ng pangkalahatang kapasitor ay sinusukat sa dalas na ito), ang dalas ay napakababa na may kaugnayan sa katumbas na serye inductance L, kaya pwedeng balewalain L, ang pagkawala anggulo modelo ay ang mga sumusunod:
Ang pagkawala anggulo formula ay maaaring makuha:
Ang relasyon sa pagitan ng pagkawala anggulo at temperatura ay ipinapakita sa figure sa ibaba. Mas mataas ang temperatura, mas maliit ang anggulo ng pagkawala.
Sa mababang temperatura, makikita na ang pagkawala anggulo ay nagiging mas malaki. Ito ay 0.05 sa 20°C at 0.09 sa -40°C. Ayon sa formula, ang ESR ay nadagdagan ng halos doble.
3.3, leakage current
Leakage kasalukuyang ay isa sa mga katangian ng aluminyo electrolytic capacitors. Kapag ang isang DC boltahe ay inilapat, ang layer ng dielectric oxide ay nagbibigay daan sa isang maliit na kasalukuyang pumasa. Ang bahaging ito ng maliit na agos ay tinatawag na leakage current. Ang ideal na kapasitor ay hindi makagawa ng pagtagas kasalukuyang (di tulad ng charging current, ang kasalukuyang ito ay patuloy na umiiral kahit na ang boltahe ay hindi nagbabago).
Ang leakage current ay magbabago sa oras, tulad ng makikita sa pigura, ito ay maabot ang isang matatag na halaga pagkatapos ng pagbaba sa oras. Samakatuwid, ang halaga ng pagtutukoy ng kasalukuyang pagtagas ay ang halaga na sinusukat pagkatapos ng paglalapat ng rated boltahe para sa isang tagal ng panahon sa 20°C.
Kailan tumataas ang temperatura, ang leakage kasalukuyang pagtaas; kapag bumababa ang temperatura, ang leakage kasalukuyang bumababa, at bumababa ang inilapat na boltahe, at bumababa din ang leakage current value.
3.4. Impedance-dalas curve
Ayon sa modelo, ang complex impedance ng capacitor ay:
Modulus ng impedance: 28
Iguhit ang curve ng dalas ng impedance tulad ng ipinapakita sa ibaba:
1/ang ωC ay capacitive reactance, at ang tuwid na linya ng capacitive reactance sa figure ay anggulo sa 45° pababa. ωL ang inductive reactance, at ang tuwid na linya nito ay bumubuo ng anggulo na 45° sa kanang sulok sa itaas. Ang R ay kumakatawan sa katumbas na paglaban sa serye. Sa mababang saklaw ng dalas, Ang impluwensya ng pagkawala ng dielectric na umaasa sa dalas ay malaki, kaya pababa ang R curve. Sa mataas na saklaw ng dalas, Ang halaga ng paglaban ng electrolyte at electrolytic paper ay nangingibabaw at hindi na apektado ng dalas, kaya ang R value ay may posibilidad na maging matatag.
4. Ordinaryong aluminyo electrolytic kapasitor parameter
Ang mga tagagawa sa pangkalahatan ay may iba't ibang serye ng mga electrolytic capacitors, mababa ang ESR, mahabang buhay, at mataas na temperatura. Ang mga ordinaryong produkto ay pagganap, oo nga, ang pangkalahatang temperatura at buhay parameter ay 85 °C / 105°C-1000h / 2000h. Ang seksyon na ito ay tungkol din sa ganitong uri ng aluminyo electrolytic capacitors.
5. Mataas na kalidad na aluminyo electrolytic capacitors
Ang mataas na kalidad na aluminyo electrolytic capacitors dito ay may kaugnayan sa ordinaryong aluminyo electrolytic capacitors. Sa ilang mga espesyal na okasyon, ordinaryong aluminyo electrolytic capacitors ay hindi maaaring matugunan ang aming mga kinakailangan. Sa katunayan, aluminyo electrolytic kapasitor tagagawa karaniwang magbigay ng maramihang serye ng mga modelo. Ang mga mataas na kalidad ay pangunahing nahahati sa tatlong kategorya: mataas na temperatura paglaban, mahabang buhay, at mababa ang impedance.
Ang sumusunod na larawan ay nagpapakita ng listahan ng mga aluminyo electrolytic capacitors ng Panasonic.
Ang mahabang buhay ay maaaring umabot sa 5000h, at ang mataas na temperatura ay maaaring umabot sa 125o C.
6. Abnormal na boltahe
Application ng abnormal boltahe ay magiging sanhi ng init at gas sa loob ng kapasitor upang madagdagan ang panloob na presyon, at ang pagtaas ng presyon ay magiging sanhi ng balbula upang buksan o ang capacitor ay nasira.
6.1, labis na boltahe
Ang paglalapat ng boltahe na mas mataas kaysa sa rated boltahe ay magiging sanhi ng isang kemikal na reaksyon ng anode foil (pagbuo ng isang dielectric), na nagreresulta sa isang mabilis na pagtaas sa pagtagas kasalukuyang, na kung saan ay bumuo ng init at gas, at ang panloob na presyon ay tataas din.
Ang kemikal na reaksyon na ito ay mapabilis sa pagtaas ng boltahe, kasalukuyang, at ambient temperature. Habang tumataas ang panloob na presyon, ang capacitor ang magbubukas ng valve o masira. Maaari rin itong maging sanhi ng pagbaba ng kapasidad ng kapasitor, ang pagkawala anggulo at ang pagtagas kasalukuyang upang madagdagan, na maaaring maging sanhi ng short-circuit ng capacitor.
6.2 Baligtarin ang boltahe
Ang paglalapat ng isang reverse boltahe ay magiging sanhi ng isang kemikal na reaksyon ng capacitor's cathode foil. Tulad ng paglalapat ng isang labis na boltahe, magdudulot ito ng mabilis na pagtaas ng leakage current, at init at gas ang mabubuo sa loob ng capacitor, na siyang magiging dahilan ng pagtaas ng panloob na presyon.
Ang kemikal na reaksyon na ito ay mapabilis sa pagtaas ng boltahe, kasalukuyang, at ambient temperature. Kasabay nito, ang electrostatic kapasidad ay bumababa, ang pagkawala anggulo ay nagdaragdag, at ang pagtagas ng kasalukuyang pagtaas.
Ang paglalapat ng isang reverse boltahe ng tungkol sa 1V ay magiging sanhi ng isang pagbaba sa kapasidad; ang paglalapat ng reverse boltahe ng 2V-3V ay magdudulot ng pagbaba ng kapasidad, isang pagtaas sa pagkawala anggulo / o isang pagtaas sa pagtagas kasalukuyang at paikliin ang buhay ng kapasitor. Kung ang isang mas malaking reverse boltahe ay inilapat, magbubukas ang balbula o masira ang capacitor.
7. Muling simulan ang boltahe
Singilin ang aluminyo electrolytic capacitor, maikling-circuit ang mga terminal nito, at pagkatapos ay buksan ang linya ng maikling circuit at iwanan ito para sa isang tagal ng panahon, ang boltahe sa pagitan ng dalawang terminal ay tataas muli. Ang boltahe sa oras na ito ay tinatawag na restart boltahe.
Pagkatapos ng boltahe ay inilapat sa dielectric, isang pagbabago ng kuryente ay nangyayari sa loob ng dielectric, at ang ibabaw ng dielectric ay nagdadala ng inilapat na boltahe at positibo at negatibong reverse charge. (Polarization) Dahil ang bilis ng polarization ay mabilis o mabagal, pagkatapos mag apply ng boltahe, itakda ang boltahe sa pagitan ng mga terminal sa 0V, buksan ang linya, at ilagay ito. Ang mabagal na polarization reaksyon potensyal na bumubuo ng isang boltahe sa pagitan ng mga terminal.
Ang pagbabago ng oras ng restart boltahe ay ipinapakita sa figure. Ang pinakamataas na halaga ay naabot pagkatapos ng tungkol sa 10-20 ilang araw matapos buksan ang dalawang terminal, at saka unti unting bumababa. Sa karagdagan, ang muling pagsibol kapangyarihan halaga ng mga malalaking produkto (Uri ng terminal ng tornilyo, board self pagsuporta sa uri) may posibilidad na dagdagan ang.
Pagkatapos ng muling boltahe ay nangyayari, kung ang dalawang terminal ay aksidenteng maikli ang sirkulasyon, Ang pag aapoy ay magdadala ng isang pakiramdam ng sindak sa mga manggagawa ng linya ng produksyon, at ang mababang boltahe na mga elemento ng pagmamaneho tulad ng CPU at memorya ng circuit ay maaari ring masira. Bilang isang preventive panukala, paki discharge ang naipon na singil na may paglaban ng tungkol sa 100 sa 1K ohms bago gamitin.
8. Buhay ng aluminyo electrolytic capacitors
8.1. Ang prinsipyo ng pagkalkula ng buhay
Ang buhay ng aluminyo electrolytic capacitors ay karaniwang apektado ng kababalaghan na ang electrolyte evaporates sa labas sa pamamagitan ng seal, na kung saan ay manifested bilang isang pagbaba sa electrostatic kapasidad at isang pagtaas sa pagkawala tangent halaga.
Ang ugnayan sa pagitan ng rate ng pagsingaw ng electrolyte at ang temperatura ay ipinahayag ng batas ni Arrhenius:
k ay: bilis ng reaksyon ng kemikal
A: Dalas ng kadahilanan
E: Enerhiya ng pag activate
R: Panay ang gas
T: temperatura
Ang pormulang ito ay naglalarawan ng ugnayang logaritmiko sa pagitan ng rate ng reaksyon ng kemikal (ang rate ng electrolyte pagkawala) at temperatura. Ang temperatura ay natutukoy sa pamamagitan ng ambient temperatura ng aluminyo electrolytic kapasitor at ang ripple kasalukuyang. Samakatuwid, ang ambient temperatura at ang ripple kasalukuyang matukoy ang buhay ng serbisyo ng aluminyo electrolytic kapasitor.
Ang aktwal na buhay ng serbisyo formula ng aluminyo electrolytic capacitors ay ang mga sumusunod (iba't ibang mga capacitors ay may ilang mga pagkakaiba, para lang sa reference):
Lx ang service life.
Lo ang garantisadong lifetime value (ang habambuhay na ipinahayag sa pagtutukoy).
Upang ay ang temperatura ng pagtatrabaho (ang itaas na limitasyon ng temperatura sa pagtutukoy).
Tx ang actual ambient temperature, ang aktwal na ambient temperatura ng aluminyo electrolytic kapasitor.
Madali lang makuha yan: tuwing tataas ang operating temperature ng capacitor ng 10 °C, ang buhay ng kapasitor ay doble