铝电解电容器的主要性能参数、影响因素及互相间的关系

铝电解电容器的主要性能参数、影响
因素及互相间的关系
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温度越高,电容器内部杂质离子的迁移能力急剧增加,杂质离子破坏介质氧化膜的作用也更剧烈,所以漏电流也越大。1.4施加电压大小的影响施加于电容器上电压越高,杂质离子参加导电的数目增多,漏电流大。1.5施加电压时间长短的影响测试电容器漏电流时,表头指示的电流值中由三部分组成,即位移电流,吸收电流和漏电流。位移电流和吸收电流迅速减小,只有漏电流才是不变的,所以漏电流就是测试时间足够长后,表头所指示的电流值。铝电解电容器漏电流测试时间,根据用户对产品漏电流指标的不同要求,一般规定为1~2分钟。1.6储存期储存期间,电容器内部的杂质离子破坏介质氧化膜,还有电解液中的水分侵蚀介质氧化膜等,都会使电容器的漏电流增大。2损耗角正切值一个实际电容器相当于理想的纯电容并联一个电阻。纯电容中贮存的功率称之为无功功率,电阻上损耗的功率称之为有功功率。有功功率与无功功率之比称之为电容器的损耗角正切值,通常用tg表示。由电容器的损耗角正切值的定义可知,tg是一个没有单位的量,tg值越大,表明电容器的有功功率越大,消耗的能量越大。在低频(电源频率≤1kHZ)的使用或测试频率条件下,铝电解电容器的感抗与容抗比较而言,完全可以忽略不计,即此时可不考虑电容器固有电感的影响,电容器的串联等效电路可用图1表示:
C图1电解电容器低频下的串联等效电路图中各参数的物理意义如下:C-阳极氧化膜介质极化产生的电容量,F;-阳极氧化膜介质损耗的串联等效电阻,-浸有工作电解液的电解纸的串联等效电阻;-电容器金属部分的电阻,因此,一只实际电容器的损耗角正切tg可表示为:tg=++=C(++)…(2)为电源角频率,=。式(2)中第一部份表示阳极箔氧化膜介质的损耗角正切,是由阳极箔的性质,特别是腐蚀方法决定的,在低频下,可以近似地认为与其它因素无关的常量;第二部份表示浸有工作电解液的电解纸电阻的损耗角正切,与工艺和材料都有关;第三部份表示电容器金属部份电阻,包括极性、引线以及它们间的接触电阻的损耗电阻的损耗角正切。浸有工作电解液的电解纸电阻的损耗角正切值还可以写成:=c
比·S·ρ液φd纸/S=d纸φc比ρ液…(3)式中,d纸--电解纸厚度,㎝;φ--
电解纸的渗透系数,等于浸渍工作电解液后电解纸比电阻与电解液比电阻之比;c 比--阴、阳极箔的组合比容,F/C㎡;ρ液--工作电解液比电阻,Ω、㎝。立式轴承座
从式(2)和式(3)可以看出,影响电容器损耗角正切的因素有:2.1电容器测
试频率越高,损耗越大。所以在产品的标准中,一般都规定损耗的测试频率为
100或120Hz。2.2电容器的电容量越大,损耗也越大。2.3阴阳极箔的腐蚀方法,将影响到损耗的大小。交流腐蚀,铝箔上的孔洞较致密,浸有工作电解液的电解
纸的电阻较小,所以电容器的损耗就小;直流腐蚀,铝箔上孔洞越大,同理电容器
组织芯片的损耗就大。2.4阴、阳极箔铆接质量差,接触电阻大,电容器的损耗就大。2.5
电容器纸越厚,损耗越大。2.6电容器纸密度越大,浸渍工作电解液的量越少,φ
值越大,损耗也越大。2.7阴、阳极箔比容越大,损耗越大,这就是同规格电容器
体积缩小后,如果其它工艺和材料没有改变,则电容器损耗将增大的原因。2.8
工作电解液比电阻越大,损耗越大。2.9温度越低,工作电解液的粘度越大,浸有
工作电解液的电解纸的电阻越大,损耗越大。2.10芯子浸渍时,浸渍时间过短,
或真空度不够,致使芯子没有浸透工作电解液,损耗也会增大。对于大壳号的产
品更应注意这个问题。2.11芯子浸渍后,甩干过份,损耗增大。2.12手工装配时,如果用力过大,使芯子中的工作电解液损失过多,也会使损耗增大。总之,从材料选用、工艺因素到使用环境、测试条件的变化,都会使电容器的损耗增大或减小。3电容量和标称电容量允许偏差一个电容器的电容量C指的是在标准的测试条
件下,测试出的电容器的实际电容量。标称电容量CR指的是电容器套管上所标志的电容量。标称电容量偏差指的是电容器的电容量与标称电容量之间的相对
偏差。它们三者的关系可用式(4)表示:=(C-CR)/CR×100%…(4)C和CR的单位
为法拉F或微法拉μF,1F=μF,和tg一样,都是无单位的量,常用百分比表示。标称电容量允许偏差指的是标称电容量偏差的标准规定值。标准中对铝电解电
容器的标称电容量允许偏差的规定常有±5%、±10%、±20%、-10%~+30%、-
10%~+50%、-10%~+100%等。由于日本产铝电解电容器用阳极箔的电容量允许偏
差一般为±7%,阴极箔为±10%,再加上工艺上也不可能十分准确地控制电容量,
因此,铝电解电容器的标称电容量偏差要控制在±5%以内已是较困难的了。另一方面,电容量与电容器的成本之间关系密切,对于较大壳号的产品来说更是如此,因为我们知道,外形尺寸大等于φ13的电容器,其阴、阳极箔的成本约占主要原
材料成本的80%。如果电容量增大10%,则主要原材料成本要增大8%~9%,因为
阴、阳极箔用量各增加了10%,主要原材料成本增大了8%,加上电解纸和工作电
解液所增加的成本,所以主要原材料成本将增加9%。而电容量设定往往是根据
订货时的电容量允许偏差决定的,因此,订货时,尽可能争取用户同意使用±20%
的产品,对减少成本将产生巨大的影响。如果试片、开片时充分考虑了电容量的工艺影响因素,并且阴、阳极箔的容量均匀性符合标准规定,则经正常工艺生产
的电容器的电容量是能够符合工艺要求的。影响电容量的因素有:3.1试片、开
片时工艺因素考虑不周到。如试片时所加的极化电压小,试样的容量偏大,电容
器的容量将偏小。
3.2阴、阳极箔的容量均匀性不符合标准规定。3.3开片尺寸差错较大,电
容量就会不准确。3.4老化电压过大,如大于化成电压,则电容量将明显减小。
3.5反向电压老化。反向电压老化将使电容器的阴极箔上生成较厚的氧化膜,使
电动粉扑
阴极容量减小,电容器的容量减小。3.6断片。片子断后,电容量仅有正常值的~。
3.7温度。电容量的测试温度下降,工作电解液的粘度将增大,浸有工作电解液
的电解纸与腐蚀阴、阳极箔接触的紧密程度下降,这就相当于阴、阳极箔的有效表面积减小,从而使电容器的电容量下降。3.8贮存期。电容器内部或多或少地
都会有水分存在,水将同阴、阳极箔上的氧化膜发生反应生成水合氧化膜,使阴、阳极箔上的氧化膜增厚,电容量减小,所以电容器贮存一段时间后,电容量都会有
所减小。4阻抗铝电解电容器的阻抗Z是指20℃、10kHZ或100kHZ频率下测试
的阻抗值。在此较高频率下,电容器的固有电感不容忽略,电容器的等效串联电
高压mos管路应用图2表示。CLR图2电解电容器高频下的等效串联电路图中L为电容器
的电感,单位为亨,用H表示;R为电容器的串联等效电阻,单位为欧姆,用Ω表示,R=++电容器的阻抗用式(5)表示:Z=…(5)由式(5)可见,电容器的阻抗是由损耗角正切和电感决定的。因此一切对电容器的损耗角切值有影响的因素都会对阻抗
有影响,并且损耗角正切值与阻抗成正比关系,即损耗角切值越小,阻抗也越小,
反之亦然。式(5)同时表明了电容器的阻抗是测试或使用频率的函数。当1-
LC>1,>L,即容抗大于感抗时,电容器的阻抗随频率的增大而减小;当1-LC<1,
<L,当容抗小于感抗时,电容器的阻抗随频率增大而增大;当1-LC=0,=L,即容
抗等于感抗时,电容器的阻抗最小,它等于电容器的等效串联电阻R。这种关系
如图3所示:=L图3电容器阻抗与频率的关系曲线正是由于电容器的阻抗是随
频率而变化的量,所以标准中总是规定给定频率下的阻抗。5耐久性耐久性是指
在上限类别温度和额定电压条件下电容器能长期连续有效工作(以电参数合格判
断为限)的时间。耐久性是衡量电容器质量水平的一个重要指标。耐久性试验时,按规定可在电容器上施加交流额定电压分量,但施加的额定交流电压峰值与直流电压之和不得超过额定电压。目前国内铝电解电容器的上限类别温度最高为125℃,一般产品为85℃或105℃;耐久性一般产品为2,000小时(85℃)或1,000
小时(105℃),高性能的为105℃,3,000小时以上。日本铝电解电容器的上限类别温度最高可达155℃;而耐久性最高水平达105℃、20,000小时。电容器耐久
性的影响因素有:
5.2电容器密封性差,包括卷边不良及密封材料选择不适,试验过程中,电容
深紫外固态激光器器内部的电解液泄漏出体外,耐久性差。5.3电容器内部杂质含量高,试验过程
中破坏介质氧化膜(),耐久性差。5.4电容器的外形尺寸小,在相同的试验条件下,电容器的散热面积小,耐久性差。6低温特性铝电解电容器的低温特性常用100HZ测试频率下下限类别温度和+20℃时电容器的阻抗比表示。也有用下限类
别温度时电容器电容量不小于+20℃时的百分比来表示。在较低频率下,由于
<<1,式(5)可写成:Z=…(6)由式(6)可见,电容器的损耗角正切值大或电容量减
小都会使其阻抗增大。铝电解电容器的工作电解液由溶剂、溶质和添加剂组成。工作电解液的溶剂不论是乙二醇,还是N、N一二甲基甲酰胺,都会随着温度的下降,粘度增大,使浸渍工作电解液的电解纸与腐蚀阴、阳极箔接触的紧密程度下降,这就相当于阴、阳极箔的有效表面积减小,从而使电容器的电容量下降,阻抗增大。另一方面,低温下电容器工作电解液粘度上升,还会使其比电阻增大,电容器的损耗角正切增大,阻抗增大。一般性能的铝电解电容器,规定≤6.3V、Z≤7倍;6.3V<≤16V、Z≤5倍;16V<≤160V、Z≤4倍;≥160V、Z≤7倍;电容器低温
特性的影响因素有:6.1同一型号产品中,额定电压越小,所选用的铝箔的比容越大,阻抗比大。6.2工作电解液粘度随温度变化小的电容器,阻抗比小。6.3铝箔比容越大,阻抗比大。6.4温度越低,阻抗比大。
7外形尺寸同一规格的电容器,其外形尺寸大小是由阴、阳极箔的比容决定的。电容器的外形尺寸与其性能参数间存在着密切的关系。一般地说,电容器的外形尺寸越小,其损耗角正切越大、耐久性性能越差、漏电流越大、低温性能也越差。上述观点是一般而论的,但是,我们也可以看到,电容器的性能不只处决于阴、阳极箔比容大小,即外形尺寸的大小,而应该是主要原材料如阴、阳极箔、
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工作电解液、电解纸和生产工艺的综合体现。因此,如果采用大比容的阴、阳极箔使电容器的外形尺寸缩小的同时,采用性能优良的工作电解液和电解纸,并且
改进生产工艺,同样可以生产出外形尺寸小、电性能也优良的电容器的。另一方面,因为同一电压档的阳极箔,尽管从单位面积上来说,高比容的要比低比容的单价高,但从单位电容量上来说,同一电压档的阳极箔,不论其比容高低,单价基本上是相同的。因此,采用高比容铝箔使电容器的外形尺寸减小后,阳极箔成本并没有多少变化,但阴极箔、电解纸、电解液、铝外壳、橡皮塞、引出线等的成本都降低了,所以说缩小电容器的外形尺寸是减少成本的一个非常有效的措施。据测算,电容器每减少一个壳号,其主要原材料成本将减少5%~20%。
8标志铝电解电容器标志的内容一般包括标称电容量、额定电压、引出端极性(极性电容器)、使用温度范围或上限类别温度、电容量允许偏差、商标和系列。有条件的要标出制造日期。

本文发布于:2024-09-23 00:27:13,感谢您对本站的认可!

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