1. pengantar
Kapasitor elektrolit aluminium saat ini merupakan berbagai macam kapasitor selain kapasitor keramik. Karena itu, sebagai insinyur perangkat keras, Anda harus menguasai karakteristiknya.
Berdasarkan pengalaman kami sendiri, kami telah merangkum dokumen ini untuk kebutuhan dan kesulitan desain perangkat keras dengan berkonsultasi dengan berbagai bahan. Dengan menulis dokumen, Menerapkan tegangan balik akan menyebabkan reaksi kimia dari foil katoda kapasitor, pelajari yang baru dengan meninjau masa lalu, dan juga semoga bermanfaat bagi para pembaca, sehingga semua orang dapat belajar dan membuat kemajuan bersama.
2. Ikhtisar kapasitor elektrolit aluminium
2.1, model dasar
Kapasitor adalah perangkat pasif. Di antara berbagai kapasitor, kapasitor elektrolit aluminium memiliki nilai CV yang lebih besar dan harga yang lebih murah bila ukurannya sama dibandingkan dengan kapasitor lainnya. Model dasar kapasitor ditunjukkan pada gambar.
Rumus perhitungan kapasitas elektrostatik adalah sebagai berikut::
Diantara mereka, adalah konstanta dielektrik, S adalah luas permukaan kedua pelat kutub yang saling berhadapan, dan d adalah jarak antara dua pelat kutub (ketebalan dielektrik).
Dapat dilihat dari rumus bahwa kapasitas elektrostatik sebanding dengan konstanta dielektrik, dan luas permukaan pelat berbanding terbalik dengan jarak antara kedua pelat. Sebagai konstanta dielektrik film oksida dielektrik (Al2O3) kapasitor elektrolit aluminium biasanya 8 ~ 10, nilai ini umumnya tidak lebih besar dari jenis kapasitor lainnya, tetapi dengan mengetsa aluminium foil untuk memperbesar luas permukaan, dan menggunakan perlakuan elektrokimia untuk mendapatkan yang lebih tipis Lapisan dielektrik teroksidasi yang lebih tahan tegangan memungkinkan kapasitor elektrolit aluminium untuk mencapai nilai CV yang lebih besar per satuan luas daripada kapasitor lain.
Komponen utama kapasitor elektrolit aluminium adalah sebagai berikut::
Menerapkan tegangan balik akan menyebabkan reaksi kimia dari foil katoda kapasitor
Dielektrik—Film oksida (Al2O3) terbentuk pada permukaan anoda aluminium foil
Katoda—Katoda sebenarnya adalah elektrolit
Komponen lain termasuk kertas elektrolit yang diresapi dengan elektrolit, dan foil katoda terhubung ke elektrolit. Status W mengacu pada status perlakuan panas larutan, kapasitor elektrolit aluminium adalah komponen dengan struktur asimetris polar. Kedua elektroda menggunakan anoda aluminium foil adalah bipolar (non polar) kapasitor.
2.2. Struktur dasar
Struktur elemen kapasitor elektrolit aluminium ditunjukkan pada gambar. Itu terbuat dari anoda foil, kertas elektrolit, foil katoda dan terminal (terminal internal dan eksternal) luka bersama, diresapi dengan elektrolit, dan dikemas ke dalam kotak aluminium, dan kemudian disegel dengan karet.
2.3, karakteristik bahan
Aluminium foil kapasitor adalah bahan utama kapasitor elektrolit aluminium. Aluminium foil diatur sebagai anoda. Setelah listrik diberi energi dalam elektrolit, film oksida (Al2O3) akan terbentuk pada permukaan aluminium foil. Film oksida ini berfungsi sebagai dielektrik.
Aluminium foil setelah film oksida terbentuk adalah logam dengan sifat penyearah dalam elektrolit, seperti dioda, yang disebut logam katup.
Pertama, untuk memperluas luas permukaan, bahan aluminium foil ditempatkan dalam larutan klorida berair untuk etsa elektrokimia. Penyebab dan pengobatan non-pewarnaan pelat aluminium, setelah menerapkan tegangan lebih tinggi dari tegangan pengenal dalam larutan amonium borat, lapisan oksida dielektrik (Al2O3) terbentuk pada permukaan aluminium foil. Lapisan dielektrik ini adalah film oksida yang sangat tipis dan padat, sekitar 1.1~1.5nm/V, dan resistansi isolasi sekitar 10^8~10^9Ω/m. Ketebalan lapisan oksida sebanding dengan tegangan penahan.
Seperti foil anoda, aluminium foil katoda juga memiliki proses etsa, tetapi tidak ada proses oksidasi. Karena itu, hanya ada sedikit oksidasi alami (Al2O3) pada permukaan aluminium foil katoda, dan tegangan yang dapat ditahannya hanya sekitar 0,5V.
Elektrolit
Elektrolit adalah cairan yang menghantarkan listrik oleh ion. Ini adalah katoda dalam arti sebenarnya dan berfungsi sebagai lapisan dielektrik yang menghubungkan permukaan aluminium foil anoda.. Aluminium foil katoda, seperti kolektor, bertindak sebagai koneksi antara katoda nyata dan sirkuit internal. Elektrolit adalah bahan utama yang menentukan karakteristik kapasitor (karakteristik suhu, karakteristik frekuensi, kehidupan pelayanan, dll.).
kertas elektrolit
Kertas elektrolit terutama berperan dalam menyeimbangkan distribusi elektrolit dan menjaga celah antara foil katoda dan foil anoda..
2.4. Proses produksi
Etsa (memperluas luas permukaan)
Efek etsa adalah memperbesar luas permukaan aluminium foil. Etsa adalah proses elektrokimia di mana arus bolak-balik atau searah diterapkan pada larutan klorida.
Pembentukan (pembentukan lapisan dielektrik)
Formasi adalah proses pembentukan lapisan dielektrik (Al2O3) pada permukaan aluminium foil anoda. Umumnya, aluminium foil yang terbentuk digunakan sebagai anoda.
Tanaman
Sesuai dengan persyaratan ukuran produk yang berbeda, potong aluminium foilnya (foil katoda dan foil anoda) dan kertas elektrolit ke ukuran yang dibutuhkan.
Lekok
Masukkan kertas elektrolit di antara foil katoda dan foil anoda, dan kemudian gulung menjadi bentuk silinder. Dalam proses berliku, foil katoda dan foil anoda terhubung ke terminal.
impregnasi
Impregnasi adalah proses merendam unsur ke dalam elektrolit. Elektrolit selanjutnya dapat memperbaiki lapisan dielektrik.
segel
Penyegelan adalah proses memasukkan elemen ke dalam cangkang aluminium dan kemudian menyegelnya dengan bahan penyegel (karet, penutup karet, dll.).
penuaan (direformasi menjadi)
Penuaan adalah proses pemberian tegangan ke kapasitor yang disegel pada suhu tinggi. Proses ini dapat memperbaiki beberapa kerusakan pada lapisan dielektrik selama proses pemotongan dan penggulungan.
Inspeksi penuh, kemasan
Setelah penuaan, semua produk akan diperiksa karakteristik kelistrikannya. Dan untuk pemrosesan terminal, mengepang dan sebagainya. Kemas.
3. Karakteristik dasar
3.1, kapasitas elektrostatik
Semakin besar luas permukaan elektroda, semakin besar kapasitas (kemampuan untuk menyimpan muatan). Nilai kapasitansi kapasitor elektrolit aluminium adalah nilai yang diuji pada kondisi 20℃, 120Arus bolak-balik Hz / 0,5V.
Saat suhu meningkat, kapasitas meningkat; saat suhu menurun, kapasitas berkurang.
Semakin tinggi frekuensi, semakin kecil kapasitasnya; semakin kecil frekuensinya, semakin besar kapasitas.
3.2, sudut kehilangan
Rangkaian ekivalen kapasitor elektrolit ditunjukkan pada gambar di atas (mengabaikan resistansi isolasi). Ketika frekuensi 120Hz (sudut rugi nominal kapasitor umum diukur pada frekuensi ini), frekuensinya sangat rendah relatif terhadap induktansi seri ekivalen L, jadi bisa diabaikan L, model sudut kerugian adalah sebagai berikut::
Rumus sudut kerugian dapat diperoleh:
Hubungan antara sudut kehilangan dan suhu ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Semakin tinggi suhu, semakin kecil sudut kerugian.
Pada suhu rendah, dapat dilihat bahwa sudut kerugian menjadi jauh lebih besar. Dia 0.05 pada 20 °C dan 0.09 pada -40 ° C. Menurut rumus, ESR meningkat hampir dua kali lipat.
3.3, kebocoran arus
Arus bocor adalah salah satu karakteristik kapasitor elektrolit aluminium. Ketika tegangan DC diterapkan, lapisan oksida dielektrik memungkinkan arus kecil mengalir. Bagian dari arus kecil ini disebut arus bocor. Kapasitor yang ideal tidak akan menghasilkan arus bocor (tidak seperti arus pengisian, arus ini akan terus ada bahkan jika tegangannya konstan).
Arus bocor akan berubah seiring waktu, seperti yang ditunjukkan pada gambar, itu akan mencapai nilai yang stabil setelah menurun seiring waktu. Karena itu, nilai spesifikasi arus bocor adalah nilai yang diukur setelah menerapkan tegangan pengenal untuk jangka waktu tertentu pada 20°C.
Ketika suhu meningkat, arus bocor meningkat; saat suhu turun, arus bocor berkurang, dan tegangan yang diberikan berkurang, dan nilai arus bocor juga berkurang.
3.4. Kurva frekuensi-impedansi
Menurut modelnya, impedansi kompleks kapasitor adalah:
Modulus impedansi: 28
Gambarkan kurva frekuensi impedansi seperti yang ditunjukkan di bawah ini::
1/C adalah reaktansi kapasitif, dan garis lurus reaktansi kapasitif pada gambar membentuk sudut 45° ke bawah. L adalah reaktansi induktif, dan garis lurusnya membentuk sudut 45° ke sudut kanan atas. R mewakili resistansi seri ekivalen. Dalam rentang frekuensi rendah, pengaruh kehilangan dielektrik yang bergantung pada frekuensi adalah besar, jadi kurva R ke bawah. Dalam rentang frekuensi tinggi, nilai resistansi elektrolit dan kertas elektrolit mendominasi dan tidak lagi dipengaruhi oleh frekuensi, sehingga nilai R cenderung stabil.
4. Parameter kapasitor elektrolit aluminium biasa
Pabrikan umumnya memiliki berbagai rangkaian kapasitor elektrolitik, ESR rendah, panjang umur, dan suhu tinggi. Produk biasa adalah kinerja, Ya, suhu umum dan parameter kehidupan adalah 85℃/105℃-1000h/2000h. Bagian ini juga tentang kapasitor elektrolit aluminium jenis ini.
5. Kapasitor elektrolit aluminium berkualitas tinggi
Kapasitor elektrolit aluminium berkualitas tinggi di sini relatif terhadap kapasitor elektrolit aluminium biasa. Dalam beberapa acara khusus, kapasitor elektrolit aluminium biasa tidak dapat memenuhi persyaratan kami. Faktanya, produsen kapasitor elektrolit aluminium biasanya menyediakan beberapa seri model. Yang berkualitas tinggi terutama dibagi menjadi tiga kategori: tahan suhu tinggi, panjang umur, dan impedansi rendah.
Gambar berikut menunjukkan daftar kapasitor elektrolit aluminium Panasonic.
Umur panjang bisa mencapai 5000 jam, dan suhu tinggi bisa mencapai 125.
6. Tegangan tidak normal
Penerapan tegangan abnormal akan menyebabkan panas dan gas di dalam kapasitor untuk meningkatkan tekanan internal, dan peningkatan tekanan akan menyebabkan katup terbuka atau kapasitor rusak.
6.1, tegangan berlebih
Menerapkan tegangan lebih tinggi dari tegangan pengenal akan menyebabkan reaksi kimia dari anoda foil (pembentukan dielektrik), menghasilkan peningkatan yang cepat dalam arus bocor, yang akan menghasilkan panas dan gas, dan tekanan internal juga akan meningkat.
Reaksi kimia ini akan dipercepat dengan kenaikan tegangan, saat ini, dan suhu lingkungan. Saat tekanan internal meningkat, kapasitor akan membuka katup atau rusak. Ini juga dapat menyebabkan kapasitas kapasitor menurun, sudut kerugian dan arus bocor meningkat, yang dapat menyebabkan kapasitor korsleting.
6.2 Tegangan terbalik
Menerapkan tegangan balik akan menyebabkan reaksi kimia dari foil katoda kapasitor. Seperti menerapkan tegangan yang berlebihan, itu akan menyebabkan arus bocor meningkat dengan cepat, dan panas dan gas akan dihasilkan di dalam kapasitor, yang akan menyebabkan tekanan internal meningkat.
Reaksi kimia ini akan dipercepat dengan kenaikan tegangan, saat ini, dan suhu lingkungan. Pada waktu bersamaan, kapasitas elektrostatik berkurang, sudut kerugian meningkat, dan arus bocor meningkat.
Menerapkan tegangan balik sekitar 1V akan menyebabkan penurunan kapasitas; menerapkan tegangan balik 2V-3V akan menyebabkan penurunan kapasitas, peningkatan sudut rugi / atau peningkatan arus bocor dan memperpendek umur kapasitor. Jika tegangan balik yang lebih besar diterapkan, katup akan terbuka atau kapasitor akan rusak.
7. Mulai ulang tegangan
Isi daya kapasitor elektrolit aluminium, hubungan arus pendek terminalnya, dan kemudian buka saluran hubung singkat dan biarkan selama beberapa waktu, tegangan antara dua terminal akan naik lagi. Tegangan saat ini disebut tegangan restart.
Setelah tegangan diterapkan ke dielektrik, perubahan listrik terjadi di dalam dielektrik, dan permukaan dielektrik membawa tegangan yang diberikan dan muatan balik positif dan negatif. (Polarisasi) Karena kecepatan polarisasi cepat atau lambat, setelah menerapkan tegangan, atur tegangan antara terminal ke 0V, buka jalurnya, dan letakkan. Potensi reaksi polarisasi lambat menghasilkan tegangan antara terminal.
Perubahan waktu dari tegangan restart ditunjukkan pada gambar. Nilai puncak tercapai setelah sekitar 10-20 hari setelah dua terminal dibuka, dan kemudian secara bertahap menurun. Tambahan, nilai daya kebangkitan produk besar (jenis terminal sekrup:, jenis papan mandiri) cenderung meningkat.
Setelah tegangan ulang terjadi, jika kedua terminal secara tidak sengaja mengalami hubungan arus pendek, penyalaan akan membawa rasa teror ke pekerja lini produksi, dan elemen penggerak tegangan rendah seperti CPU dan memori sirkuit juga dapat rusak. Sebagai tindakan pencegahan, tolong keluarkan akumulasi muatan dengan resistansi sekitar 100 ke 1K ohm sebelum digunakan.
8. Kehidupan kapasitor elektrolit aluminium
8.1. Prinsip perhitungan kehidupan
Kehidupan kapasitor elektrolit aluminium umumnya dipengaruhi oleh fenomena bahwa elektrolit menguap di luar melalui segel, yang dimanifestasikan sebagai penurunan kapasitas elektrostatik dan peningkatan nilai tangen kerugian.
Menerapkan tegangan balik akan menyebabkan reaksi kimia dari foil katoda kapasitor:
k adalah: kecepatan reaksi kimia
A: Faktor frekuensi
E: Energi aktivasi
R: konstanta gas
T: suhu
Rumus ini menggambarkan hubungan logaritmik antara laju reaksi kimia (tingkat kehilangan elektrolit) dan suhu. Suhu ditentukan oleh suhu sekitar kapasitor elektrolit aluminium dan arus riak. Karena itu, suhu sekitar dan arus riak menentukan masa pakai kapasitor elektrolitik aluminium.
Rumus masa pakai aktual kapasitor elektrolit aluminium adalah sebagai berikut: (kapasitor yang berbeda memiliki beberapa perbedaan, hanya untuk referensi):
Lx adalah kehidupan pelayanan.
Lo adalah nilai seumur hidup yang dijamin (seumur hidup dinyatakan dalam spesifikasi).
To adalah suhu kerja (batas atas suhu dalam spesifikasi).
Tx adalah suhu lingkungan yang sebenarnya, suhu ambien aktual dari kapasitor elektrolit aluminium.
Menerapkan tegangan balik akan menyebabkan reaksi kimia dari foil katoda kapasitor: setiap kali suhu operasi kapasitor meningkat 10 ° C, umur kapasitor menjadi dua kali lipat