1. Кіріспе
Алюминий электролиттік конденсаторлар қазіргі уақытта керамикалық конденсаторларға қосымша конденсаторлардың кең таңдауы болып табылады.. Сондықтан, аппараттық инженер ретінде, қасиеттерін меңгеру керек.
Өз тәжірибемізге негізделген, we have summarized this document for the hardware design needs and difficulties by consulting various materials. By writing documents, мақсаты – өз білімін жүйелі ету, өткенді қайталау арқылы жаңаны білу, және де оқырмандарға пайдалы болады деп үміттенемін, бәрі бірге үйреніп, алға жылжуы үшін.
2. Алюминий электролиттік конденсаторларға шолу
2.1, негізгі моделі
Конденсаторлар пассивті құрылғылар болып табылады. Әртүрлі конденсаторлар арасында, aluminum electrolytic capacitors have a larger CV value and a cheaper price when the same size is compared with other capacitors. The basic model of the capacitor is shown in the figure.
Электростатикалық сыйымдылықты есептеу формуласы келесідей:
Олардың арасында, диэлектрлік тұрақты болып табылады, S - бір-біріне қарама-қарсы екі полюсті пластинаның бетінің ауданы, және d - екі полюстік пластиналар арасындағы қашықтық (диэлектриктің қалыңдығы).
Формуладан электростатикалық сыйымдылық диэлектрлік өтімділікке пропорционал екенін көруге болады, and the surface area of the plate is inversely proportional to the distance between the two plates. As the dielectric constant of the dielectric oxide film (Al2O3) алюминий электролиттік конденсаторлардың саны әдетте 8~10 құрайды, бұл мән әдетте конденсаторлардың басқа түрлерінен үлкен емес, бірақ бетінің аумағын үлкейту үшін алюминий фольганы ою арқылы, және жұқа алу үшін электрохимиялық өңдеуді қолдану Кернеуге төзімді тотыққан диэлектрлік қабат алюминий электролиттік конденсаторларға басқа конденсаторларға қарағанда аудан бірлігіне үлкен CV мәніне қол жеткізуге мүмкіндік береді..
Алюминий электролиттік конденсаторлардың негізгі компоненттері келесідей:
Анод --- алюминий фольга
Диэлектрик - оксидті қабық (Al2O3) анодты алюминий фольгасының бетінде қалыптасады
Катод - нағыз катод - электролит
Басқа компоненттерге электролитпен сіңдірілген электролиттік қағаз кіреді, and cathode foil connected to the electrolyte. Қысқаша, aluminum electrolytic capacitors are components with polar asymmetric structure. Both electrodes use anode aluminum foil is a bipolar (полярлы емес) конденсатор.
2.2. Негізгі құрылым
Алюминий электролиттік конденсатор элементінің құрылымы суретте көрсетілген. Ол анодты фольгадан жасалған, электролиттік қағаз, катодты фольга және терминалдар (ішкі және сыртқы терминалдар) бірге жаралайды, электролитпен сіңдірілген, және алюминий қорапқа оралған, содан кейін резеңкемен тығыздалған.
2.3, материалдың сипаттамалары
Конденсаторлы алюминий фольгасы алюминий электролиттік конденсаторлардың негізгі материалы болып табылады. Алюминий фольга анод ретінде орнатылған. Электролитте электр тогы қосылғаннан кейін, оксидті пленка (Al2O3) алюминий фольгасының бетінде қалыптасады. Бұл оксидті қабық диэлектрик ретінде қызмет етеді.
Оксидті қабықша пайда болғаннан кейін алюминий фольга электролиттегі түзеткіш қасиеттері бар металл болып табылады, диод сияқты, ол клапан металы деп аталады.
Бірінші, бетінің ауданын кеңейту үшін, the aluminum foil material is placed in an aqueous chloride solution for electrochemical etching. Содан кейін, аммоний борат ерітіндісіндегі номиналды кернеуден жоғары кернеуді қолданғаннан кейін, диэлектрлік оксид қабаты (Al2O3) алюминий фольгасының бетінде қалыптасады. Бұл диэлектрлік қабат өте жұқа және тығыз оксидті қабық болып табылады, шамамен 1,1~1,5нм/В, and the insulation resistance is about It is 10^8~10^9Ω/m. The thickness of the oxide layer is proportional to the withstand voltage.
Анод фольгасы сияқты, катодты алюминий фольгада да ою процесі бар, but there is no oxidation process. Сондықтан, табиғи тотығудың аз ғана мөлшері бар (Al2O3) катодты алюминий фольгасының бетінде, және оның төтеп бере алатын кернеуі шамамен 0,5 В.
Электролит
Электролит - иондар арқылы электр тогын өткізетін сұйықтық. It is a cathode in the true sense and serves as a dielectric layer that connects the surface of the anode aluminum foil. The cathode aluminum foil, коллектор сияқты, acts as a connection between the real cathode and the internal circuit. Electrolyte is the key material that determines the characteristics of capacitors (температуралық сипаттамалар, жиілік сипаттамалары, қызмет ету мерзімі, т.б.).
Электролиттік қағаз
Электролиттік қағаз негізінен электролиттің таралуын теңестіруде және катод фольгасы мен анод фольгасы арасындағы алшақтықты сақтауда маңызды рөл атқарады..
2.4. Өндіріс процесі
Ою (бетінің кеңеюі)
The effect of etching is to enlarge the surface area of the aluminum foil. Etching is an electrochemical process in which alternating or direct current is applied to a chloride solution.
Қалыптастыру (диэлектрлік қабаттың түзілуі)
Түзу – диэлектрлік қабаттың түзілу процесі (Al2O3) on the surface of the anode aluminum foil. Жалпы, қалыптасқан алюминий фольга анод ретінде пайдаланылады.
егін
Әртүрлі өнімдердің өлшем талаптарына сәйкес, алюминий фольганы кесіңіз (катодты фольга және анодты фольга) және электролиттік қағазды қажетті өлшемге дейін.
Орам
Катод фольгасы мен анод фольгасының арасына электролиттік қағазды салыңыз, содан кейін оны цилиндрлік пішінге айналдырыңыз. Орау процесінде, катод фольгасы мен анод фольгасы терминалдарға қосылған.
Сіңдіру
Impregnation is the process of immersing the element into the electrolyte. The electrolyte can further repair the dielectric layer.
мөр
Тығыздау - бұл элементті алюминий қабығына салу, содан кейін оны тығыздағыш материалмен тығыздау процесі (резеңке, резеңке қақпақ, т.б.).
Қартаю (болып реформаланды)
Aging is the process of applying voltage to the sealed capacitor at a high temperature. This process can repair some damage to the dielectric layer during the cutting and winding process.
Толық тексеру, орау
Қартаюдан кейін, all products will be checked for electrical characteristics. And for terminal processing, braiding and so on. Pack it.
3. Негізгі сипаттамалар
3.1, электростатикалық сыйымдылық
Электродтың бетінің ауданы неғұрлым көп болса, сыйымдылығы үлкенірек (зарядты сақтау мүмкіндігі). The capacitance value of aluminum electrolytic capacitor is the value tested under the condition of 20℃, 120Гц/0,5В айнымалы ток.
Температура көтерілген сайын, сыйымдылығы артады; температура төмендеген сайын, сыйымдылығы төмендейді.
Жиілік неғұрлым жоғары, сыйымдылығы азырақ; жиілігі неғұрлым төмен, сыйымдылығы үлкенірек.
3.2, жоғалту бұрышы
Электролиттік конденсатордың эквивалентті тізбегі жоғарыдағы суретте көрсетілген (оқшаулау кедергісін елемеу). Жиілік 120 Гц болғанда (осы жиілікте жалпы конденсатордың номиналды жоғалту бұрышы өлшенеді), жиілігі эквивалентті қатар L индуктивтілігіне қатысты өте төмен, сондықтан оны елемеуге болады L, жоғалту бұрышының моделі келесідей:
Жоғалту бұрышының формуласын алуға болады:
Жоғалту бұрышы мен температура арасындағы байланыс төмендегі суретте көрсетілген. Температура неғұрлым жоғары болса, жоғалту бұрышы соғұрлым аз болады.
Төмен температурада, жоғалту бұрышы әлдеқайда үлкен болатынын көруге болады. Бұл 0.05 20°C және 0.09 -40°C температурада. Формула бойынша, ESR екі есеге жуық өсті.
3.3, ағып кету тогы
Ағып кету тогы алюминий электролиттік конденсаторлардың сипаттамаларының бірі болып табылады. Тұрақты кернеу қолданылғанда, диэлектрлік оксид қабаты аз токтың өтуіне мүмкіндік береді. This part of the small current is called leakage current. The ideal capacitor will not produce leakage current (зарядтау токынан айырмашылығы, бұл ток кернеу тұрақты болса да бар бола береді).
Уақыт өте келе ағып кету тогы өзгереді, суретте көрсетілгендей, it will reach a stable value after decreasing with time. Сондықтан, ағып кету тогының спецификациялық мәні - номиналды кернеуді 20°С уақыт аралығында қолданғаннан кейін өлшенген мән.
Температура көтерілгенде, ағып кету тогы артады; температура төмендеген кезде, ағып кету тогы азаяды, және қолданылатын кернеу төмендейді, және ағып кету тогының мәні де төмендейді.
3.4. Кедергі-жиілік қисығы
Үлгі бойынша, конденсатордың күрделі кедергісі:
Кедергі модулі: 28
Төменде көрсетілгендей кедергі-жиілік қисығын сызыңыз:
1/ωC – сыйымдылық реактивтілігі, and the straight line of capacitive reactance in the figure is angled at 45° downward. ωL is the inductive reactance, and its straight line forms an angle of 45° to the upper right corner. R represents equivalent series resistance. In the low frequency range, жиілікке тәуелді диэлектрлік шығынның әсері үлкен, so the R curve is downward. In the high frequency range, электролит пен электролиттік қағаздың қарсылық мәні басым болады және енді жиілік әсер етпейді, сондықтан R мәні тұрақты болады.
4. Кәдімгі алюминий электролиттік конденсатордың параметрлері
Өндірушілер әдетте электролиттік конденсаторлардың әртүрлі серияларына ие, төмен ESR, ұзақ өмір, and high temperature. The ordinary products are performance, иә, жалпы температура және өмір сүру параметрлері 85℃/105℃-1000сағ/2000сағ.. Бұл бөлім сондай-ақ алюминий электролиттік конденсаторлардың осы түрі туралы.
5. Жоғары сапалы алюминий электролиттік конденсаторлар
Мұндағы жоғары сапалы алюминий электролиттік конденсаторлар қарапайым алюминий электролиттік конденсаторларға қатысты. Кейбір ерекше жағдайларда, ordinary aluminum electrolytic capacitors cannot meet our requirements. Ақиқатында, алюминий электролиттік конденсатор өндірушілері әдетте модельдердің бірнеше сериясын ұсынады. Жоғары сапалылар негізінен үш санатқа бөлінеді: жоғары температураға төзімділік, ұзақ өмір, және төмен кедергі.
Келесі суретте Panasonic алюминий электролиттік конденсаторларының тізімі көрсетілген.
Ұзақ өмір сүру ұзақтығы 5000 сағатқа жетуі мүмкін, және жоғары температура 125 ℃ жетуі мүмкін.
6. Қалыпты емес кернеу
Қалыпты емес кернеуді қолдану конденсатор ішіндегі жылу мен газдың ішкі қысымды жоғарылатуына әкеледі, ал қысымның жоғарылауы клапанның ашылуына немесе конденсатордың бұзылуына әкеледі.
6.1, шамадан тыс кернеу
Номиналды кернеуден жоғары кернеуді қолдану анод фольгасының химиялық реакциясын тудырады (диэлектриктің түзілуі), ағып кету тогының жылдам өсуіне әкеледі, ол жылу мен газды шығарады, және ішкі қысым да артады.
Бұл химиялық реакция кернеудің жоғарылауымен жылдамдатады, ток, and ambient temperature. As the internal pressure increases, the capacitor will open the valve or be damaged. It may also cause the capacitor capacity to decrease, жоғалту бұрышы және ағып кету тогы артады, бұл конденсатордың қысқа тұйықталуына әкелуі мүмкін.
6.2 Кері кернеу
Кері кернеуді қолдану конденсатордың катод фольгасының химиялық реакциясын тудырады. Шамадан тыс кернеуді қолдану сияқты, ол ағып кету тогының тез өсуіне әкеледі, конденсатор ішінде жылу мен газ пайда болады, бұл ішкі қысымның жоғарылауына әкеледі.
Бұл химиялық реакция кернеудің жоғарылауымен жылдамдатады, ток, and ambient temperature. Осы уақытта, электростатикалық сыйымдылық төмендейді, жоғалту бұрышы артады, және ағып кету тогы артады.
Шамамен 1В кері кернеуді қолдану сыйымдылықтың төмендеуіне әкеледі; 2В-3В кері кернеуді қолдану сыйымдылықтың төмендеуіне әкеледі, an increase in loss angle/or an increase in leakage current and shorten the life of the capacitor. If a larger reverse voltage is applied, клапан ашылады немесе конденсатор зақымдалады.
7. Қайта іске қосу кернеуі
Алюминий электролиттік конденсаторды зарядтаңыз, оның терминалдарын қысқа тұйықталу, содан кейін қысқа тұйықталу сызығын ашып, оны біраз уақытқа қалдырыңыз, the voltage between the two terminals will rise again. The voltage at this time is called the restart voltage.
Диэлектрикке кернеу берілгеннен кейін, диэлектриктің ішінде электрлік өзгеріс болады, and the surface of the dielectric carries the applied voltage and positive and negative reverse charges. (Поляризация) Өйткені поляризация жылдамдығы жылдам немесе баяу, кернеуді қолданғаннан кейін, терминалдар арасындағы кернеуді 0В етіп орнатыңыз, сызықты ашыңыз, және орналастырыңыз. Баяу поляризация реакциясының потенциалы терминалдар арасында кернеу тудырады.
Қайта қосу кернеуінің уақыт өзгерісі суретте көрсетілген. Ең жоғары мәнге шамамен кейін жетеді 10-20 екі терминал ашылғаннан кейін күн, and then gradually decreases. Сонымен қатар, ірі өнімдердің қайта тірілу қуатының мәні (бұрандалы терминал түрі, тақтаның өздігінен жүретін түрі) арттыруға бейім.
Қайта кернеу пайда болғаннан кейін, егер екі терминал кездейсоқ қысқа тұйықталса, тұтану өндірістік желі жұмысшыларына қорқыныш сезімін тудырады, and the low-voltage driving elements such as the circuit's CPU and memory may also be damaged. As a preventive measure, шамамен қарсылықпен жинақталған зарядты разрядтаңыз 100 қолданар алдында 1К Ом дейін.
8. Алюминий электролиттік конденсаторлардың қызмет ету мерзімі
8.1. Тіршілікті есептеу принципі
Алюминий электролиттік конденсаторлардың қызмет ету мерзіміне әдетте электролиттің тығыздағыш арқылы сыртында булануы құбылысы әсер етеді., электростатикалық сыйымдылықтың төмендеуі және жоғалту тангенс мәнінің жоғарылауы ретінде көрінеді.
Электролиттің булану жылдамдығы мен температура арасындағы байланыс Аррениус заңымен өрнектеледі.:
k бұл: химиялық реакция жылдамдығы
А: Жиілік факторы
Е: Активтену энергиясы
Р: Газ тұрақтысы
Т: температура
Бұл формула химиялық реакция жылдамдығы арасындағы логарифмдік байланысты көрсетеді (электролит жоғалту жылдамдығы) and temperature. The temperature is determined by the ambient temperature of the aluminum electrolytic capacitor and the ripple current. Сондықтан, қоршаған орта температурасы мен толқындық ток алюминий электролиттік конденсатордың қызмет ету мерзімін анықтайды.
Алюминий электролиттік конденсаторлардың қызмет ету мерзімінің нақты формуласы келесідей (әртүрлі конденсаторлардың кейбір айырмашылықтары бар, тек анықтама үшін):
Lx – қызмет ету мерзімі.
Lo - кепілдік берілген өмірлік мән (спецификацияда көрсетілген қызмет мерзімі).
To - жұмыс температурасы (спецификациядағы температураның жоғарғы шегі).
Tx - қоршаған ортаның нақты температурасы, алюминий электролиттік конденсатордың нақты қоршаған орта температурасы.
Мұны алу оңай: конденсатордың жұмыс температурасы 10°C жоғарылаған сайын, конденсатордың қызмет ету мерзімі екі есе артады