1. Invoering
Aluminium elektrolytische condensatoren zijn momenteel een grote verscheidenheid aan condensatoren naast keramische condensatoren. Daarom, als hardware-engineer, je moet de kenmerken ervan beheersen.
Gebaseerd op onze eigen ervaring, we have summarized this document for the hardware design needs and difficulties by consulting various materials. By writing documents, het doel is om iemands kennis systematischer te maken, Leer het nieuwe door het verleden te herzien, en ik hoop ook dat het nuttig zal zijn voor de lezers, zodat iedereen samen kan leren en vooruitgang kan boeken.
2. Overzicht van aluminium elektrolytische condensatoren
2.1, het basismodel
Condensatoren zijn passieve apparaten. Onder verschillende condensatoren, 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.
De formule voor de berekening van de elektrostatische capaciteit is als volgt:
Onder hen, is de diëlektrische constante, S is het oppervlak van de twee poolplaten die naar elkaar toe gericht zijn, en d is de afstand tussen de twee poolplaten (de dikte van het diëlektricum).
Uit de formule blijkt dat het elektrostatische vermogen evenredig is met de diëlektrische constante, 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) van aluminium elektrolytische condensatoren is gewoonlijk 8~10, deze waarde is over het algemeen niet groter dan bij andere typen condensatoren, maar door de aluminiumfolie te etsen om het oppervlak te vergroten, en het gebruik van een elektrochemische behandeling om dunner te worden. De meer spanningsbestendige geoxideerde diëlektrische laag zorgt ervoor dat aluminium elektrolytische condensatoren een grotere CV-waarde per oppervlakte-eenheid kunnen bereiken dan andere condensatoren.
De belangrijkste componenten van aluminium elektrolytische condensatoren zijn als volgt:
Anode --- aluminiumfolie
Diëlektricum – Oxidefilm (Al2O3) gevormd op het oppervlak van anode-aluminiumfolie
Kathode—De echte kathode is elektrolyt
Andere componenten zijn onder meer elektrolytisch papier geïmpregneerd met elektrolyt, and cathode foil connected to the electrolyte. Samengevat, aluminum electrolytic capacitors are components with polar asymmetric structure. Both electrodes use anode aluminum foil is a bipolar (niet-polair) condensator.
2.2. Basisstructuur
De structuur van het aluminium elektrolytische condensatorelement wordt weergegeven in de figuur. Het bestaat uit anodefolie, elektrolytisch papier, kathodefolie en aansluitingen (interne en externe terminals) samen gewonden, geïmpregneerd met elektrolyt, en verpakt in een aluminium koffer, en vervolgens afgedicht met rubber.
2.3, de eigenschappen van het materiaal
Condensator aluminiumfolie is het belangrijkste materiaal van aluminium elektrolytische condensatoren. De aluminiumfolie is ingesteld als anode. Nadat elektriciteit is geactiveerd in de elektrolyt, een oxidefilm (Al2O3) zal worden gevormd op het oppervlak van de aluminiumfolie. Deze oxidefilm functioneert als een diëlektricum.
De aluminiumfolie nadat de oxidefilm is gevormd, is een metaal met rectificerende eigenschappen in de elektrolyt, zoals een diode, dat een klepmetaal wordt genoemd.
Eerst, om de oppervlakte uit te breiden, the aluminum foil material is placed in an aqueous chloride solution for electrochemical etching. Dan, na het aanleggen van een spanning hoger dan de nominale spanning in de ammoniumboraatoplossing, een diëlektrische oxidelaag (Al2O3) wordt gevormd op het oppervlak van de aluminiumfolie. Deze diëlektrische laag is een zeer dunne en dichte oxidefilm, ongeveer 1,1 ~ 1,5 nm/V, 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.
Zoals de anodefolie, de kathode-aluminiumfolie heeft ook een etsproces, but there is no oxidation process. Daarom, er is slechts een kleine hoeveelheid natuurlijke oxidatie (Al2O3) op het oppervlak van de kathode-aluminiumfolie, en de spanning die het kan weerstaan is slechts ongeveer 0,5 V.
Elektrolyt
De elektrolyt is een vloeistof die elektriciteit geleidt door ionen. 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, zoals de verzamelaar, acts as a connection between the real cathode and the internal circuit. Electrolyte is the key material that determines the characteristics of capacitors (temperatuur kenmerken, frequentie kenmerken, levensduur, enz.).
Elektrolytisch papier
Elektrolytisch papier speelt voornamelijk een rol bij het balanceren van de verdeling van elektrolyt en het behouden van de opening tussen de kathodefolie en de anodefolie.
2.4. Productieproces
Etsen (oppervlakte uitbreiden)
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.
Vorming (vorming van een diëlektrische laag)
Vorming is het proces waarbij een diëlektrische laag wordt gevormd (Al2O3) on the surface of the anode aluminum foil. Algemeen, de gevormde aluminiumfolie wordt gebruikt als anode.
Gewas
Volgens de maatvereisten van verschillende producten, snijd de aluminiumfolie (kathodefolie en anodefolie) en elektrolytisch papier tot het gewenste formaat.
Wikkeling
Plaats elektrolytisch papier tussen de kathodefolie en de anodefolie, en wikkel het vervolgens in een cilindrische vorm. In het wikkelproces, de kathodefolie en de anodefolie zijn verbonden met de aansluitingen.
Impregnatie
Impregnation is the process of immersing the element into the electrolyte. The electrolyte can further repair the dielectric layer.
zegel
Afdichten is het proces waarbij het element in de aluminium schaal wordt geplaatst en vervolgens wordt afgedicht met een afdichtingsmateriaal (rubber, rubberen hoes, enz.).
Veroudering (omgevormd tot)
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.
Volledige inspectie, verpakking
Na veroudering, all products will be checked for electrical characteristics. And for terminal processing, braiding and so on. Pack it.
3. Basiskenmerken
3.1, elektrostatisch vermogen
Hoe groter het oppervlak van de elektrode, hoe groter de capaciteit (het vermogen om lading op te slaan). The capacitance value of aluminum electrolytic capacitor is the value tested under the condition of 20℃, 120Hz/0,5V wisselstroom.
Naarmate de temperatuur stijgt, de capaciteit neemt toe; naarmate de temperatuur daalt, de capaciteit neemt af.
Hoe hoger de frequentie, hoe kleiner de capaciteit; hoe lager de frequentie, hoe groter de capaciteit.
3.2, verlies hoek
Het equivalente circuit van de elektrolytische condensator wordt weergegeven in de bovenstaande afbeelding (de isolatieweerstand negerend). Wanneer de frequentie 120 Hz is (bij deze frequentie wordt de nominale verlieshoek van de algemene condensator gemeten), de frequentie is erg laag ten opzichte van de equivalente serie-inductantie L, dus het kan worden genegeerd L, het verlieshoekmodel is als volgt:
De verlieshoekformule kan worden verkregen:
De relatie tussen verlieshoek en temperatuur wordt weergegeven in de onderstaande figuur. Hoe hoger de temperatuur, hoe kleiner de verlieshoek.
Bij lage temperaturen, het is te zien dat de verlieshoek veel groter wordt. Het is 0.05 bij 20°C en 0.09 bij -40°C. Volgens de formule, de ESR is bijna verdubbeld.
3.3, lekstroom
Lekstroom is een van de kenmerken van elektrolytische condensatoren van aluminium. Wanneer er een gelijkspanning wordt aangelegd, de diëlektrische oxidelaag laat een kleine stroom door. This part of the small current is called leakage current. The ideal capacitor will not produce leakage current (in tegenstelling tot de laadstroom, deze stroom zal blijven bestaan, zelfs als de spanning constant is).
De lekstroom zal met de tijd veranderen, zoals weergegeven in de afbeelding, it will reach a stable value after decreasing with time. Daarom, de specificatiewaarde van de lekstroom is de waarde gemeten na het aanleggen van de nominale spanning gedurende een periode bij 20°C.
Wanneer de temperatuur stijgt, de lekstroom neemt toe; als de temperatuur daalt, de lekstroom neemt af, en de aangelegde spanning neemt af, en de lekstroomwaarde neemt ook af.
3.4. Impedantie-frequentiecurve
Volgens het model, de complexe impedantie van de condensator is:
Impedantiemodulus: 28
Teken de impedantie-frequentiecurve zoals hieronder weergegeven:
1/ωC is capacitieve reactantie, 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, de invloed van het frequentieafhankelijke diëlektrische verlies is groot, so the R curve is downward. In the high frequency range, de weerstandswaarde van elektrolyt en elektrolytisch papier domineert en wordt niet langer beïnvloed door de frequentie, dus de R-waarde heeft de neiging stabiel te zijn.
4. Gewone aluminium elektrolytische condensatorparameters
Fabrikanten hebben over het algemeen verschillende series elektrolytische condensatoren, lage ESR, lange levensduur, and high temperature. The ordinary products are performance, Ja, de algemene temperatuur- en levensduurparameters zijn 85℃/105℃-1000h/2000h. Deze sectie gaat ook over dit soort aluminium elektrolytische condensatoren.
5. Hoogwaardige aluminium elektrolytische condensatoren
De hoogwaardige aluminium elektrolytische condensatoren zijn hier vergeleken met gewone aluminium elektrolytische condensatoren. Bij sommige speciale gelegenheden, ordinary aluminum electrolytic capacitors cannot meet our requirements. In werkelijkheid, Fabrikanten van aluminium elektrolytische condensatoren bieden meestal meerdere series modellen. Hoogwaardige exemplaren zijn hoofdzakelijk onderverdeeld in drie categorieën: weerstand tegen hoge temperaturen, lange levensduur, en lage impedantie.
De volgende afbeelding toont de lijst met aluminium elektrolytische condensatoren van Panasonic.
De lange levensduur kan 5000 uur bereiken, en de hoge temperatuur kan 125℃ bereiken.
6. Abnormale spanning
Het toepassen van abnormale spanning zal ervoor zorgen dat hitte en gas in de condensator de interne druk verhogen, en de toename van de druk zal ervoor zorgen dat de klep opengaat of dat de condensator beschadigd raakt.
6.1, overmatige spanning
Het aanleggen van een spanning die hoger is dan de nominale spanning zal een chemische reactie van de anodefolie veroorzaken (vorming van een diëlektricum), wat resulteert in een snelle toename van de lekstroom, die warmte en gas zal genereren, en de interne druk zal ook toenemen.
Deze chemische reactie zal versnellen naarmate de spanning toeneemt, huidig, 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, de verlieshoek en de lekstroom nemen toe, waardoor de condensator kan kortsluiten.
6.2 Omgekeerde spanning
Het aanleggen van een sperspanning veroorzaakt een chemische reactie van de kathodefolie van de condensator. Zoals het aanleggen van een te hoge spanning, hierdoor zal de lekstroom snel toenemen, en er zullen warmte en gas worden gegenereerd in de condensator, waardoor de interne druk zal stijgen.
Deze chemische reactie zal versnellen naarmate de spanning toeneemt, huidig, and ambient temperature. Tegelijkertijd, het elektrostatisch vermogen neemt af, de verlieshoek neemt toe, en de lekstroom neemt toe.
Het aanleggen van een sperspanning van ongeveer 1V zal een afname van de capaciteit veroorzaken; het toepassen van een sperspanning van 2V-3V zal een afname van de capaciteit veroorzaken, 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, de klep gaat open of de condensator raakt beschadigd.
7. Herstart de spanning
Laad de aluminium elektrolytische condensator op, kortsluiting van de aansluitingen, en open vervolgens de kortsluitleiding en laat deze een tijdje staan, the voltage between the two terminals will rise again. The voltage at this time is called the restart voltage.
Nadat er een spanning op het diëlektricum is aangebracht, er vindt een elektrische verandering plaats in het diëlektricum, and the surface of the dielectric carries the applied voltage and positive and negative reverse charges. (Polarisatie) Omdat de snelheid van polarisatie snel of langzaam is, na het aanleggen van een spanning, stel de spanning tussen de klemmen in op 0V, de lijn openen, en plaats deze. De langzame polarisatiereactiepotentiaal genereert een spanning tussen de klemmen.
De tijdsverandering van de herstartspanning wordt weergegeven in de figuur. De piekwaarde wordt na ongeveer bereikt 10-20 dagen nadat de twee terminals zijn geopend, and then gradually decreases. In aanvulling, de heroplevingskrachtwaarde van grote producten (type schroefaansluiting, bord zelfdragend type) heeft de neiging te stijgen.
Nadat de herspanning heeft plaatsgevonden, als de twee aansluitingen per ongeluk kortgesloten worden, de ontsteking zal een gevoel van angst veroorzaken bij de werknemers aan de productielijn, and the low-voltage driving elements such as the circuit's CPU and memory may also be damaged. As a preventive measure, ontlaad de opgebouwde lading met een weerstand van ongeveer 100 tot 1K ohm vóór gebruik.
8. Levensduur van aluminium elektrolytische condensatoren
8.1. Het rekenprincipe van het leven
De levensduur van aluminium elektrolytische condensatoren wordt doorgaans beïnvloed door het fenomeen dat de elektrolyt door de afdichting naar buiten verdampt, wat zich manifesteert als een afname van het elektrostatische vermogen en een toename van de verliestangenswaarde.
De relatie tussen de verdampingssnelheid van het elektrolyt en de temperatuur wordt uitgedrukt door de wet van Arrhenius:
k is: chemische reactiesnelheid
A: Frequentiefactor
E: Activeringsenergie
R: Gasconstante
T: temperatuur
Deze formule illustreert het logaritmische verband tussen de chemische reactiesnelheid (de snelheid van elektrolytverlies) and temperature. The temperature is determined by the ambient temperature of the aluminum electrolytic capacitor and the ripple current. Daarom, de omgevingstemperatuur en de rimpelstroom bepalen de levensduur van de aluminium elektrolytische condensator.
De werkelijke levensduurformule van aluminium elektrolytische condensatoren is als volgt (verschillende condensatoren hebben enkele verschillen, alleen ter referentie):
Lx is de levensduur.
Lo is de gegarandeerde levenslange waarde (de in de specificatie aangegeven levensduur).
To is de werktemperatuur (de bovengrens van de temperatuur in de specificatie).
Tx is de werkelijke omgevingstemperatuur, de werkelijke omgevingstemperatuur van de aluminium elektrolytische condensator.
Het is gemakkelijk om dat te krijgen: elke keer dat de bedrijfstemperatuur van de condensator met 10°C stijgt, de levensduur van de condensator wordt verdubbeld