1. Tanıtım
Alüminyum elektrolitik kapasitörler, şu anda seramik kapasitörlere ek olarak çok çeşitli kapasitörlerdir.. Öyleyse, donanım mühendisi olarak, özelliklerine hakim olmalısın.
Kendi deneyimlerimize dayanarak, Bu belgeyi donanım tasarımı ihtiyaçları ve zorlukları için çeşitli materyallere başvurarak özetledik.. Belgeler yazarak, Ters voltaj uygulamak, kapasitörün katot folyosunun kimyasal reaksiyona girmesine neden olur., geçmişi gözden geçirerek yeniyi öğrenin, ve ayrıca okuyucular için yararlı olacağını umuyoruz, herkesin birlikte öğrenip ilerleme kaydetmesi için.
2. Alüminyum elektrolitik kapasitörlere genel bakış
2.1, temel model
Kondansatörler pasif cihazlardır.. Çeşitli kapasitörler arasında, Alüminyum elektrolitik kapasitörler, aynı boyuttaki diğer kapasitörlerle karşılaştırıldığında daha büyük CV değerine ve daha ucuz fiyata sahiptir.. Kapasitörün temel modeli şekilde gösterilmiştir..
Elektrostatik kapasite hesaplama formülü aşağıdaki gibidir:
Onların arasında, dielektrik sabiti, S, birbirine bakan iki kutup plakasının yüzey alanıdır., ve d, iki kutup plakası arasındaki mesafedir (dielektrik kalınlığı).
Elektrostatik kapasitenin dielektrik sabiti ile orantılı olduğu formülden görülebilir., ve plakanın yüzey alanı iki plaka arasındaki mesafeyle ters orantılıdır. Dielektrik oksit filmin dielektrik sabiti olarak (Al2O3) alüminyum elektrolitik kapasitörlerin sayısı genellikle 8~10'dur., bu değer genellikle diğer kapasitör tiplerinden daha büyük değildir., ancak yüzey alanını büyütmek için alüminyum folyoyu aşındırarak, ve daha ince hale getirmek için elektrokimyasal işlem kullanmak Voltaja daha dayanıklı oksitlenmiş dielektrik katman, alüminyum elektrolitik kapasitörlerin diğer kapasitörlere göre birim alan başına daha büyük bir CV değeri elde etmesine olanak tanır.
Alüminyum elektrolitik kapasitörlerin ana bileşenleri aşağıdaki gibidir::
Ters voltaj uygulamak, kapasitörün katot folyosunun kimyasal reaksiyona girmesine neden olur.
Dielektrik—Oksit film (Al2O3) anot alüminyum folyo yüzeyinde oluşan
Katot—Gerçek katot elektrolittir
Diğer bileşenler, elektrolit ile emprenye edilmiş elektrolitik kağıdı içerir., ve elektrolite bağlı katot folyosu. t eyaleti alt bölümlere ayrılmıştır, alüminyum elektrolitik kapasitörler polar asimetrik yapıya sahip bileşenlerdir. Her iki elektrot da anot alüminyum folyo kullanır ve bipolardır (polar olmayan) kapasitör.
2.2. Basit yapı
Alüminyum elektrolitik kapasitör elemanının yapısı şekilde gösterilmiştir.. Anot folyodan yapılmıştır, elektrolitik kağıt, katot folyo ve terminaller (iç ve dış terminaller) birlikte yaralamak, elektrolit emdirilmiş, ve bir alüminyum kasaya paketlenmiş, ve daha sonra kauçuk ile kapatılmış.
2.3, malzemenin özellikleri
Kondansatör alüminyum folyo alüminyum elektrolitik kapasitörlerin ana malzemesidir. Alüminyum folyo anot olarak ayarlanmıştır.. Elektrolitte elektrik verildikten sonra, bir oksit filmi (Al2O3) alüminyum folyo yüzeyinde oluşacak. Bu oksit film bir dielektrik olarak işlev görür..
Oksit film oluşturulduktan sonra alüminyum folyo elektrolit içinde doğrultucu özelliklere sahip bir metaldir., diyot gibi, buna valf metali denir.
Öncelikle, yüzey alanını genişletmek için, alüminyum folyo malzemesi elektrokimyasal aşındırma için sulu bir klorür çözeltisine yerleştirilir. Alüminyum Yerden Isıtma Plakaları, tipik olarak, mevcut zeminlerin altına radyant boru döşenirken veya zemin tabanının üzerine yerleştirilecek ahşap veya diğer zemin malzemeleriyle yeni kurulumlarda kullanılır., amonyum borat çözeltisinde nominal voltajdan daha yüksek bir voltaj uygulandıktan sonra, bir dielektrik oksit tabakası (Al2O3) alüminyum folyo yüzeyinde oluşur. Bu dielektrik tabaka çok ince ve yoğun bir oksit filmidir., yaklaşık 1.1~1.5nm/V, ve yalıtım direnci yaklaşık 10^8~10^9Ω/m'dir. Oksit tabakasının kalınlığı dayanım voltajıyla orantılıdır.
Anot folyosu gibi, katot alüminyum folyo ayrıca bir dağlama işlemine sahiptir, ancak oksidasyon işlemi yoktur. Öyleyse, sadece az miktarda doğal oksidasyon var (Al2O3) katot alüminyum folyo yüzeyinde, ve dayanabileceği voltaj sadece 0,5V'dir..
Elektrolit
Elektrolit, elektriği iyonlarla ileten bir sıvıdır.. Gerçek anlamda bir katottur ve anotun alüminyum folyo yüzeyini birbirine bağlayan bir dielektrik katman görevi görür.. Katot alüminyum folyo, koleksiyoncu gibi, gerçek katot ile iç devre arasında bir bağlantı görevi görür. Elektrolit, kapasitörlerin özelliklerini belirleyen temel malzemedir. (sıcaklık özellikleri, frekans özellikleri, hizmet ömrü, vesaire.).
elektrolitik kağıt
Elektrolitik kağıt esas olarak elektrolit dağılımının dengelenmesinde ve katot folyosu ile anot folyosu arasındaki boşluğun korunmasında rol oynar..
2.4. Üretim süreci
dağlama (genişleyen yüzey alanı)
Aşındırmanın etkisi alüminyum folyonun yüzey alanını genişletmektir. Aşındırma, bir klorür çözeltisine alternatif veya doğru akımın uygulandığı elektrokimyasal bir işlemdir..
oluşum (dielektrik tabakanın oluşumu)
Oluşum, bir dielektrik katman oluşturma işlemidir. (Al2O3) anot alüminyum folyonun yüzeyinde. Genel olarak, şekillendirilmiş alüminyum folyo anot olarak kullanılır.
Mahsul
Farklı ürünlerin boyut gereksinimlerine göre, alüminyum folyoyu kes (katot folyosu ve anot folyosu) ve gerekli boyutta elektrolitik kağıt.
sarma
Katot folyosu ile anot folyosu arasına elektrolitik kağıt yerleştirin, ve sonra silindirik bir şekle sarın. Sarma işleminde, katot folyosu ve anot folyosu terminallere bağlanır.
emprenye
Emdirme, elementin elektrolite batırılması işlemidir. Elektrolit dielektrik tabakayı daha da onarabilir.
mühür
Sızdırmazlık, elemanın alüminyum kabuğun içine yerleştirilmesi ve ardından bir sızdırmazlık malzemesi ile sızdırmaz hale getirilmesi işlemidir. (lastik, Kauçuk örtü, vesaire.).
yaşlanma (dönüştürülmüş)
Yaşlanma, kapalı kapasitöre yüksek sıcaklıkta voltaj uygulama işlemidir.. Bu işlem, kesme ve sarma işlemi sırasında dielektrik katmanda meydana gelen bazı hasarları onarabilir..
Tam muayene, ambalajlama
yaşlanma sonrası, tüm ürünler elektriksel özellikler açısından kontrol edilecektir. Ve terminal işleme için, örgü vb.. Paketle.
3. Temel özellikler
3.1, elektrostatik kapasite
Elektrotun yüzey alanı ne kadar büyükse, kapasite ne kadar büyükse (şarj depolama yeteneği). Alüminyum elektrolitik kapasitörün kapasitans değeri, 20 ° C koşulunda test edilen değerdir., 120Hz/0.5V alternatif akım.
Sıcaklık arttıkça, kapasite artar; sıcaklık azaldıkça, kapasite azalır.
Frekans ne kadar yüksek olursa, kapasite ne kadar küçükse; frekans ne kadar düşükse, kapasite ne kadar büyükse.
3.2, kayıp açısı
Elektrolitik kapasitörün eşdeğer devresi yukarıdaki şekilde gösterilmiştir. (yalıtım direncini göz ardı etmek). Frekans 120Hz olduğunda (genel kapasitörün nominal kayıp açısı bu frekansta ölçülür), frekans, eşdeğer seri endüktans L'ye göre çok düşüktür, yani göz ardı edilebilir L, kayıp açısı modeli aşağıdaki gibidir:
Kayıp açısı formülü elde edilebilir:
Kayıp açısı ve sıcaklık arasındaki ilişki aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.. Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, kayıp açısı ne kadar küçükse.
Düşük sıcaklıklarda, kayıp açısının çok daha büyük olduğu görülebilir. Bu 0.05 20°C'de ve 0.09 -40°C'de. formüle göre, ESR neredeyse iki katına çıktı.
3.3, kaçak akım
Kaçak akım, alüminyum elektrolitik kapasitörlerin özelliklerinden biridir.. DC voltajı uygulandığında, dielektrik oksit tabakası küçük bir akımın geçmesine izin verir. Küçük akımın bu kısmına kaçak akım adı verilir.. İdeal kapasitör kaçak akım üretmez (şarj akımının aksine, gerilim sabit olsa bile bu akım var olmaya devam edecektir.).
Kaçak akım zamanla değişecektir, şekilde gösterildiği gibi, zamanla azalarak sabit bir değere ulaşacaktır. Öyleyse, kaçak akımın spesifikasyon değeri, 20°C'de belirli bir süre için anma gerilimi uygulandıktan sonra ölçülen değerdir..
Sıcaklık arttığında, kaçak akım artar; sıcaklık düştüğünde, kaçak akım azalır, ve uygulanan voltaj azalır, ve kaçak akım değeri de azalır.
3.4. Empedans-frekans eğrisi
modele göre, kapasitörün karmaşık empedansı:
empedans modülü: 28
Empedans-frekans eğrisini aşağıda gösterildiği gibi çizin.:
1/ωC kapasitif reaktanstır, ve şekildeki kapasitif reaktansın düz çizgisi aşağıya doğru 45° açılıdır. ωL endüktif reaktanstır, ve düz çizgisi sağ üst köşeye 45°'lik bir açı oluşturur. R eşdeğer seri direnci temsil eder. Düşük frekans aralığında, frekansa bağlı dielektrik kaybının etkisi büyüktür, yani R eğrisi aşağı doğru. Yüksek frekans aralığında, elektrolit ve elektrolitik kağıdın direnç değeri baskındır ve artık frekanstan etkilenmez, yani R değeri kararlı olma eğilimindedir.
4. Sıradan alüminyum elektrolitik kapasitör parametreleri
Üreticiler genellikle çeşitli elektrolitik kapasitör serilerine sahiptir., düşük ESR, uzun yaşam, ve yüksek sıcaklık. Sıradan ürünler performanstır, Evet, genel sıcaklık ve ömür parametreleri 85℃/105℃-1000h/2000h. Bu bölüm ayrıca bu tür alüminyum elektrolitik kapasitörler hakkındadır..
5. Yüksek kaliteli alüminyum elektrolitik kapasitörler
Buradaki yüksek kaliteli alüminyum elektrolitik kapasitörler, sıradan alüminyum elektrolitik kapasitörlere göredir.. Bazı özel durumlarda, sıradan alüminyum elektrolitik kapasitörler gereksinimlerimizi karşılayamaz. Aslında, alüminyum elektrolitik kapasitör üreticileri genellikle birden fazla model serisi sağlar. Yüksek kaliteli olanlar esas olarak üç kategoriye ayrılır: yüksek sıcaklık dayanımı, uzun yaşam, ve düşük empedans.
Aşağıdaki resim, Panasonic'in alüminyum elektrolitik kapasitörlerinin listesini göstermektedir..
Uzun ömür 5000 saate ulaşabilir, ve yüksek sıcaklık 125 ℃'ye ulaşabilir.
6. anormal voltaj
Anormal voltaj uygulanması, kondansatör içindeki ısı ve gazın iç basıncı artırmasına neden olur., ve basınçtaki artış, valfin açılmasına veya kapasitörün hasar görmesine neden olur..
6.1, aşırı voltaj
Nominal voltajdan daha yüksek bir voltaj uygulamak, anot folyosunun kimyasal reaksiyona girmesine neden olur. (dielektrik oluşumu), kaçak akımda hızlı bir artışa neden olur, ısı ve gaz üretecek olan, ve iç basınç da artacak.
Bu kimyasal reaksiyon voltajın artmasıyla hızlanacaktır., akım, ve ortam sıcaklığı. İç basınç arttıkça, kapasitör vanayı açacak veya hasar görecektir. Ayrıca kapasitör kapasitesinin azalmasına da neden olabilir., kayıp açısı ve artan kaçak akım, kapasitörün kısa devre yapmasına neden olabilir.
6.2 Ters akım
Ters voltaj uygulamak, kapasitörün katot folyosunun kimyasal reaksiyona girmesine neden olur.. Aşırı voltaj uygulamak gibi, kaçak akımın hızla artmasına neden olur, ve kapasitörün içinde ısı ve gaz üretilecektir., iç basıncın yükselmesine neden olacak.
Bu kimyasal reaksiyon voltajın artmasıyla hızlanacaktır., akım, ve ortam sıcaklığı. Aynı zamanda, elektrostatik kapasite azalır, kayıp açısı artar, ve kaçak akım artar.
Yaklaşık 1V'luk bir ters voltaj uygulamak, kapasitede bir azalmaya neden olur; 2V-3V'luk bir ters voltaj uygulamak, kapasitede bir azalmaya neden olur, kayıp açısının artması/veya kaçak akımın artması ve kapasitörün ömrünün kısalması. Daha büyük bir ters voltaj uygulanırsa, valf açılacak veya kapasitör hasar görecek.
7. Yeniden başlatma voltajı
Alüminyum elektrolitik kondansatörü şarj edin, terminallerine kısa devre yaptır, ve ardından kısa devre hattını açın ve bir süre bırakın, iki terminal arasındaki voltaj tekrar yükselecek. Bu andaki gerilime yeniden başlatma gerilimi denir..
Dielektrik bir voltaj uygulandıktan sonra, dielektrik içinde elektriksel bir değişiklik meydana gelir, ve dielektrik yüzeyi uygulanan voltajı ve pozitif ve negatif ters yükleri taşır. (polarizasyon) Polarizasyon hızı hızlı veya yavaş olduğu için, voltaj uyguladıktan sonra, terminaller arasındaki voltajı 0V olarak ayarlayın, hattı aç, ve yerleştir. Yavaş polarizasyon reaksiyon potansiyeli, terminaller arasında bir voltaj üretir.
Yeniden başlatma voltajının zaman değişimi şekilde gösterilmiştir.. Pik değere yaklaşık sonra ulaşılır. 10-20 iki terminalin açılmasından günler sonra, sonra yavaş yavaş azalıyor. Ek olarak, büyük ürünlerin canlanma gücü değeri (vidalı terminal tipi, kurulu kendinden destekli tip) artma eğilimi.
Yeniden voltaj oluştuktan sonra, iki terminal yanlışlıkla kısa devre yaparsa, ateşleme, üretim hattı çalışanlarına bir korku duygusu getirecek, ve devrenin CPU'su ve belleği gibi düşük voltajlı sürüş elemanları da hasar görebilir. Önleyici tedbir olarak, lütfen birikmiş yükü yaklaşık bir dirençle boşaltın. 100 kullanmadan önce 1K ohm'a.
8. Alüminyum elektrolitik kapasitörlerin ömrü
8.1. Hayatın hesaplama prensibi
Alüminyum elektrolitik kapasitörlerin ömrü genellikle elektrolitin conta yoluyla dışarı buharlaşması olgusundan etkilenir., elektrostatik kapasitede bir azalma ve kayıp tanjant değerinde bir artış olarak kendini gösteren.
Ters voltaj uygulamak, kapasitörün katot folyosunun kimyasal reaksiyona girmesine neden olur.:
k: kimyasal reaksiyon hızı
A: frekans faktörü
E: aktivasyon enerjisi
r: Gaz sabiti
T: hava sıcaklığı
Bu formül, kimyasal reaksiyon hızı arasındaki logaritmik ilişkiyi gösterir. (elektrolit kaybı oranı) ve sıcaklık. Sıcaklık, alüminyum elektrolitik kapasitörün ortam sıcaklığı ve dalgalanma akımı ile belirlenir.. Öyleyse, ortam sıcaklığı ve dalgalanma akımı, alüminyum elektrolitik kapasitörün hizmet ömrünü belirler.
Alüminyum elektrolitik kapasitörlerin gerçek hizmet ömrü formülü aşağıdaki gibidir. (farklı kapasitörlerin bazı farklılıkları vardır, Sadece referans için):
Lx hizmet ömrüdür.
Lo garanti edilen ömür boyu değerdir (şartnamede belirtilen kullanım ömrü).
Çalışma sıcaklığı (spesifikasyondaki sıcaklığın üst sınırı).
Tx gerçek ortam sıcaklığıdır, alüminyum elektrolitik kapasitörün gerçek ortam sıcaklığı.
Ters voltaj uygulamak, kapasitörün katot folyosunun kimyasal reaksiyona girmesine neden olur.: kapasitörün çalışma sıcaklığı her 10°C arttığında, kapasitörün ömrü iki katına çıkar