1. Utangulizi
Alumini electrolytic capacitors kwa sasa ni aina mbalimbali za capacitors pamoja na capacitors kauri. Kwa hiyo, kama mhandisi wa vifaa, lazima ujue sifa zake.
Kulingana na uzoefu wetu wenyewe, we have summarized this document for the hardware design needs and difficulties by consulting various materials. By writing documents, lengo ni kufanya maarifa ya mtu kuwa ya utaratibu zaidi, jifunze mapya kupitia kukagua yaliyopita, na pia natumai kuwa itakuwa na manufaa kwa wasomaji, ili kila mtu ajifunze na kufanya maendeleo pamoja.
2. Maelezo ya jumla ya capacitors ya alumini electrolytic
2.1, mfano wa msingi
Capacitors ni vifaa vya passiv. Miongoni mwa capacitors mbalimbali, 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.
Fomula ya kukokotoa uwezo wa kielektroniki ni kama ifuatavyo:
Kati yao, ni dielectric constant, S ni eneo la uso wa bamba mbili za nguzo zinazotazamana, na d ni umbali kati ya bamba mbili za nguzo (unene wa dielectric).
Inaweza kuonekana kutoka kwa fomula kwamba uwezo wa umemetuamo unalingana na dielectric constant, 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) ya alumini electrolytic capacitors ni kawaida 8 ~ 10, thamani hii kwa ujumla si kubwa kuliko aina nyingine za capacitors, lakini kwa etching foil alumini kupanua eneo la uso, na kutumia matibabu ya kielektroniki ili kuwa nyembamba Safu ya dielectri iliyo na oksidi inayostahimili volteji huruhusu vidhibiti vya elektroliti vya alumini kufikia thamani kubwa ya CV kwa kila eneo kuliko vibanishi vingine..
Sehemu kuu za capacitors za elektroliti za alumini ni kama ifuatavyo:
Anode---alumini foil
Dielectric-filamu ya oksidi (Al2O3) sumu juu ya uso wa anode alumini foil
Cathode - Cathode halisi ni electrolyte
Vipengele vingine ni pamoja na karatasi ya elektroliti iliyoingizwa na elektroliti, and cathode foil connected to the electrolyte. kwa ufupi, aluminum electrolytic capacitors are components with polar asymmetric structure. Both electrodes use anode aluminum foil is a bipolar (zisizo za polar) capacitor.
2.2. Muundo wa msingi
Muundo wa kipengele cha alumini electrolytic capacitor inavyoonekana kwenye takwimu. Imeundwa na foil ya anode, karatasi ya electrolytic, foil ya cathode na vituo (vituo vya ndani na nje) jeraha pamoja, kuingizwa na electrolyte, na kupakiwa kwenye kasha la alumini, na kisha kufungwa na mpira.
2.3, sifa za nyenzo
Karatasi ya alumini ya capacitor ni nyenzo kuu ya capacitors alumini electrolytic. Foil ya alumini imewekwa kama anode. Baada ya umeme ni nishati katika electrolyte, filamu ya oksidi (Al2O3) itaundwa juu ya uso wa karatasi ya alumini. Filamu hii ya oksidi hufanya kazi kama dielectri.
Foil ya alumini baada ya filamu ya oksidi kuundwa ni chuma na mali ya kurekebisha katika electrolyte, kama diode, ambayo inaitwa chuma cha valve.
Kwanza, ili kupanua eneo la uso, the aluminum foil material is placed in an aqueous chloride solution for electrochemical etching. Kisha, baada ya kutumia voltage ya juu kuliko voltage iliyopimwa katika suluhisho la borati ya amonia, safu ya oksidi ya dielectric (Al2O3) huundwa juu ya uso wa karatasi ya alumini. Safu hii ya dielectric ni filamu nyembamba sana na mnene ya oksidi, takriban 1.1 ~ 1.5nm/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.
Kama foil ya anode, foil ya alumini ya cathode pia ina mchakato wa etching, but there is no oxidation process. Kwa hiyo, kuna kiasi kidogo tu cha oxidation ya asili (Al2O3) juu ya uso wa karatasi ya alumini ya cathode, na voltage inaweza kuhimili ni karibu 0.5V tu.
Electrolyte
Electrolyte ni kioevu kinachoendesha umeme kwa ioni. 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, kama mkusanyaji, acts as a connection between the real cathode and the internal circuit. Electrolyte is the key material that determines the characteristics of capacitors (sifa za joto, sifa za mzunguko, maisha ya huduma, na kadhalika.).
Karatasi ya electrolytic
Karatasi ya elektroliti ina jukumu kubwa katika kusawazisha usambazaji wa elektroliti na kuweka pengo kati ya foil ya cathode na foil ya anode..
2.4. Mchakato wa uzalishaji
Etching (kupanua eneo la uso)
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.
Malezi (malezi ya safu ya dielectric)
Uundaji ni mchakato wa kuunda safu ya dielectric (Al2O3) on the surface of the anode aluminum foil. Kwa ujumla, foil iliyotengenezwa ya alumini hutumiwa kama anode.
Mazao
Kulingana na mahitaji ya ukubwa wa bidhaa mbalimbali, kata karatasi ya alumini (cathode foil na anode foil) na karatasi ya elektroliti kwa saizi inayohitajika.
Upepo
Ingiza karatasi ya electrolytic kati ya foil ya cathode na foil ya anode, na kisha upepo ndani ya umbo la silinda. Katika mchakato wa vilima, foil ya cathode na foil ya anode huunganishwa kwenye vituo.
Kutunga mimba
Impregnation is the process of immersing the element into the electrolyte. The electrolyte can further repair the dielectric layer.
muhuri
Kufunga ni mchakato wa kuweka kipengee kwenye ganda la alumini na kisha kuifunga kwa nyenzo ya kuziba. (mpira, kifuniko cha mpira, na kadhalika.).
Kuzeeka (kubadilishwa kuwa)
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.
Ukaguzi kamili, ufungaji
Baada ya kuzeeka, all products will be checked for electrical characteristics. And for terminal processing, braiding and so on. Pack it.
3. Sifa za kimsingi
3.1, uwezo wa umeme
Eneo kubwa la uso wa electrode, uwezo mkubwa zaidi (uwezo wa kuhifadhi malipo). The capacitance value of aluminum electrolytic capacitor is the value tested under the condition of 20℃, 120Mkondo mbadala wa Hz/0.5V.
Wakati joto linaongezeka, uwezo unaongezeka; joto linapungua, uwezo hupungua.
Ya juu ya mzunguko, uwezo mdogo; chini ya mzunguko, uwezo mkubwa.
3.2, angle ya kupoteza
Mzunguko sawa wa capacitor electrolytic inavyoonekana katika takwimu hapo juu (kupuuza upinzani wa insulation). Wakati mzunguko ni 120Hz (angle ya kupoteza jina la capacitor ya jumla inapimwa kwa mzunguko huu), masafa ni ya chini sana ikilinganishwa na mfululizo sawa wa uingizaji hewa L, kwa hivyo inaweza kupuuzwa L, mfano wa pembe ya upotezaji ni kama ifuatavyo:
Njia ya pembe ya kupoteza inaweza kupatikana:
Uhusiano kati ya angle ya kupoteza na joto huonyeshwa kwenye takwimu hapa chini. joto la juu, ndogo angle ya kupoteza.
Kwa joto la chini, inaweza kuonekana kuwa angle ya kupoteza inakuwa kubwa zaidi. Ni 0.05 kwa 20 ° C na 0.09 kwa -40°C. Kulingana na formula, ESR imeongezeka kwa karibu mara mbili.
3.3, kuvuja kwa sasa
Uvujaji wa sasa ni moja ya sifa za capacitors ya alumini electrolytic. Wakati voltage ya DC inatumika, safu ya oksidi ya dielectric inaruhusu mkondo mdogo kupita. This part of the small current is called leakage current. The ideal capacitor will not produce leakage current (tofauti na mkondo wa kuchaji, sasa hii itaendelea kuwepo hata kama voltage ni mara kwa mara).
Uvujaji wa sasa utabadilika kwa wakati, kama inavyoonyeshwa kwenye takwimu, it will reach a stable value after decreasing with time. Kwa hiyo, thamani ya vipimo vya sasa ya kuvuja ni thamani iliyopimwa baada ya kutumia voltage iliyokadiriwa kwa muda wa 20 ° C..
Wakati joto linaongezeka, sasa uvujaji huongezeka; wakati joto linapungua, sasa uvujaji hupungua, na voltage iliyotumiwa hupungua, na thamani ya sasa ya kuvuja pia hupungua.
3.4. Impedans-frequency Curve
Kulingana na mfano, impedance tata ya capacitor ni:
Modulus ya impedance: 28
Chora curve ya impedance-frequency kama inavyoonyeshwa hapa chini:
1/ωC ni mwitikio wa uwezo, 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, ushawishi wa hasara ya dielectri inayotegemea mzunguko ni kubwa, so the R curve is downward. In the high frequency range, thamani ya upinzani wa karatasi ya electrolyte na electrolytic inatawala na haiathiriwa tena na mzunguko, kwa hivyo thamani ya R huwa dhabiti.
4. Vigezo vya kawaida vya capacitor ya alumini ya electrolytic
Wazalishaji kwa ujumla wana mfululizo mbalimbali wa capacitors electrolytic, Kiwango cha chini cha ESR, maisha marefu, and high temperature. The ordinary products are performance, ndio, joto la jumla na vigezo vya maisha ni 85℃/105℃-1000h/2000h. Sehemu hii pia inahusu aina hii ya capacitors ya elektroliti ya alumini.
5. Alumini ya ubora wa capacitors electrolytic
Vipashio vya ubora wa juu vya alumini ya elektroliti hapa vinahusiana na capacitors za kawaida za kielektroniki za alumini. Katika baadhi ya matukio maalum, ordinary aluminum electrolytic capacitors cannot meet our requirements. Kwa kweli, watengenezaji wa capacitor ya elektroliti ya alumini kawaida hutoa safu nyingi za mifano. Vile vya ubora wa juu vimegawanywa katika vikundi vitatu: upinzani wa joto la juu, maisha marefu, na impedance ya chini.
Picha ifuatayo inaonyesha orodha ya capacitors ya aluminium electrolytic ya Panasonic.
Maisha marefu yanaweza kufikia 5000h, na joto la juu linaweza kufikia 125 ℃.
6. Voltage isiyo ya kawaida
Utumiaji wa voltage isiyo ya kawaida itasababisha joto na gesi ndani ya capacitor kuongeza shinikizo la ndani, na ongezeko la shinikizo litasababisha valve kufungua au capacitor kuharibiwa.
6.1, voltage nyingi
Kutumia voltage ya juu kuliko voltage iliyokadiriwa itasababisha mmenyuko wa kemikali wa foil ya anode (uundaji wa dielectric), kusababisha ongezeko la haraka la uvujaji wa sasa, ambayo itazalisha joto na gesi, na shinikizo la ndani pia litaongezeka.
Mmenyuko huu wa kemikali utaharakisha na ongezeko la voltage, ya sasa, 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, angle ya kupoteza na sasa ya uvujaji ili kuongezeka, ambayo inaweza kusababisha capacitor kwa mzunguko mfupi.
6.2 Reverse voltage
Kutumia voltage ya reverse itasababisha mmenyuko wa kemikali wa foil ya cathode ya capacitor. Kama kutumia voltage kupita kiasi, itasababisha mkondo wa kuvuja kuongezeka kwa kasi, na joto na gesi zitatolewa ndani ya capacitor, ambayo itasababisha shinikizo la ndani kuongezeka.
Mmenyuko huu wa kemikali utaharakisha na ongezeko la voltage, ya sasa, and ambient temperature. Wakati huo huo, uwezo wa kielektroniki unapungua, angle ya kupoteza huongezeka, na uvujaji wa sasa huongezeka.
Kutumia voltage ya nyuma ya takriban 1V itasababisha kupungua kwa uwezo; kutumia voltage ya nyuma ya 2V-3V itasababisha kupungua kwa uwezo, 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, valve itafungua au capacitor itaharibiwa.
7. Anzisha tena voltage
Chaji capacitor ya elektroliti ya alumini, mzunguko mfupi wa vituo vyake, na kisha ufungue mstari wa mzunguko mfupi na uiache kwa muda, the voltage between the two terminals will rise again. The voltage at this time is called the restart voltage.
Baada ya voltage inatumika kwa dielectri, mabadiliko ya umeme hutokea ndani ya dielectri, and the surface of the dielectric carries the applied voltage and positive and negative reverse charges. (Polarization) Kwa sababu kasi ya ubaguzi ni haraka au polepole, baada ya kutumia voltage, weka voltage kati ya vituo hadi 0V, fungua mstari, na kuiweka. Uwezo wa mmenyuko wa polarization polepole huzalisha voltage kati ya vituo.
Mabadiliko ya wakati wa voltage ya kuanzisha upya yanaonyeshwa kwenye takwimu. Thamani ya kilele hufikiwa baada ya takriban 10-20 siku baada ya vituo viwili kufunguliwa, and then gradually decreases. Zaidi ya hayo, thamani ya nguvu ya ufufuo wa bidhaa kubwa (aina ya terminal ya screw, aina ya bodi ya kujitegemea) inaelekea kuongezeka.
Baada ya re-voltage hutokea, ikiwa vituo viwili vimefupishwa kwa bahati mbaya, kuwasha kutaleta hali ya hofu kwa wafanyikazi wa mstari wa uzalishaji, and the low-voltage driving elements such as the circuit's CPU and memory may also be damaged. As a preventive measure, tafadhali toa malipo yaliyokusanywa kwa upinzani wa takriban 100 hadi 1K ohms kabla ya matumizi.
8. Maisha ya capacitors ya alumini electrolytic
8.1. Kanuni ya hesabu ya maisha
Maisha ya capacitors ya elektroliti ya alumini huathiriwa kwa ujumla na jambo kwamba elektroliti huvukiza nje kupitia muhuri., ambayo inadhihirishwa kama kupungua kwa uwezo wa umemetuamo na ongezeko la thamani ya tangent ya hasara.
Uhusiano kati ya kiwango cha uvukizi wa elektroliti na joto huonyeshwa na sheria ya Arrhenius:
k ni: kasi ya mmenyuko wa kemikali
A: Kipengele cha masafa
E: Nishati ya uanzishaji
R: Gesi mara kwa mara
T: joto
Fomula hii inaonyesha uhusiano wa logarithmic kati ya kiwango cha mmenyuko wa kemikali (kiwango cha kupoteza electrolyte) and temperature. The temperature is determined by the ambient temperature of the aluminum electrolytic capacitor and the ripple current. Kwa hiyo, halijoto iliyoko na mkondo wa ripple huamua maisha ya huduma ya capacitor ya elektroliti ya alumini.
Formula halisi ya maisha ya huduma ya capacitors alumini electrolytic ni kama ifuatavyo (capacitors tofauti zina tofauti fulani, kwa kumbukumbu tu):
Lx ni maisha ya huduma.
Lo ndiyo thamani iliyohakikishwa ya maisha yote (muda wa maisha uliotangazwa katika vipimo).
Kwa ni joto la kufanya kazi (kikomo cha juu cha joto katika vipimo).
Tx ni halijoto halisi iliyoko, joto halisi la mazingira la capacitor ya elektroliti ya alumini.
Ni rahisi kupata hiyo: kila wakati joto la uendeshaji la capacitor linaongezeka kwa 10 ° C, maisha ya capacitor ni mara mbili