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鋁電解電容器理論之(三)

作者:鋁電解電容器廠家 來源:互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布時間:2020-07-08 07:13:15
【摘要】: 電容器的基本原理.電容器的由測量交流容量時所呈現(xiàn)的阻抗決定。交流電容量隨頻率、電壓以及測量方法的變化而變化。
1-1. 電容器的基本原理
電容器的基本原理可以用圖1-1來描述
當在兩個正對的金屬電極上施加電壓時,電荷將據(jù)電壓的大小被儲存起來

圖. 1-1Q=CV    Q:電量( C )   V:電壓(V )   C:電容量(F)
 
 
C:電容器的電容量,可以由電極面積S [m2],介質(zhì)厚度t [m]以及相對介電常數(shù)ε來表示
C[F]= ε0•ε•S/t
ε0:介質(zhì)在真空狀態(tài)下的介電常數(shù)(=8.85x10-12 F/M)
鋁氧化膜的相對介電常數(shù)為7~8,要想獲得更大的電容,可以通過增加表面積S或者減少其厚度t來獲得。
表1-1列出了電容器中常用的幾種典型的介質(zhì)的相對介電常數(shù),在很多情況下,電容器的命名通常是根據(jù)介質(zhì)所使用的材料來決定的,例如:鋁電解電容器、鉭電容器等。
表 1-1

R1:電極和引出端子的電阻
R2:陽極氧化膜和電解質(zhì)的電阻
R3:損壞的陽極氧化膜的絕緣電阻
D1:具有單向?qū)щ娦缘年枠O氧化膜
C1:陽極箔的容量
C2:陰極箔的容量
L :電極及引線端子等所引起的等效電感量
1-3基本的電性能
1-3-1 電容量
電容器的由測量交流容量時所呈現(xiàn)的阻抗決定。交流電容量隨頻率、電壓以及測量方法的變化而變化。鋁電解電容器的容量隨頻率的增加而減小。和頻率一樣,測量時的溫度對電容器的容量有一定的影響。隨著測量溫度的下降,電容量會變小。
另一方面,直流電容量,可通過施加直流電壓而測量其電荷得到,在常溫下容量比交流稍微的大一點,并且具有更優(yōu)越的穩(wěn)定特性。
1-3-2 Tan δ(損耗角正切)
在等效電路中,串聯(lián)等效電阻ESR同容抗1/ wC之比稱之為Tan δ,其測量條件與電容量相同。

 
漏電流隨時間變化特征圖
測試溫度和電壓對漏電流具有很大的影響。漏電流會隨著溫度和電壓的升高而增大。
2. 鋁電解電容器的壽命
2-1.忽略紋波電流時的壽命推算
一般而言,鋁電解電容器的壽命與周圍的環(huán)境溫度有很大的關(guān)系,其壽命可以由以下公式計算。

其中,L:溫度T時的壽命
L0:溫度T0時的壽命
與溫度比較,降壓使用對電容器的壽命影響很小,可忽略不計。
2-2.考慮紋波電流時壽命的推算
疊加紋波電流,由于內(nèi)部等效串連電阻(ESR)引起發(fā)熱,從而影響電容器的使用壽命,產(chǎn)生的熱量可由下式計算
P=I2R………………..(2)
I:紋波電流(Arms)
R:等效串聯(lián)電阻(Ω)
由于發(fā)熱引起的溫升


其中,△T: 電容器中心的溫升(℃)
I: 紋波電流 (Arms)
R: ESR (Ω)
A: 電容器的表面積(cm2)
H: 散熱系數(shù)( 1.5~2.0x10-3W/cm2x℃)
上面公式(3)顯示電容器的溫度上升與紋波電流的平方以及等效串聯(lián)電阻ESR成正比,與電容器的表面積成反比,因此,紋波電流的大小決定著產(chǎn)生熱量的大小,且影響其使用壽命,電容器的類型以及使用條件影響著△T值的大小,般情況下,△T<5℃。下圖表示紋波電流引起的溫升的測量處

測試結(jié)果:
(1).考慮到環(huán)境溫度和紋波電流時的壽命公式
 
其中,Ld:直流工作電壓下的使用壽命
(K=2,紋波電流允許的范圍內(nèi))
(K=4,超過紋波電流范圍時)
T0:最高使用溫度
T :工作溫度
△T:中心溫升
(2)電容器工作在額定的紋波電流和上限溫度時,電容器的壽命可通過轉(zhuǎn)化(4)式得到,如下:

 
其中,Lr:工作在額定紋波電流和最高工作溫度下的壽命(h)
△T0:最高工作溫度下的電容器中心容許溫升。
(3)考慮紋波電流,環(huán)境溫度時可由(5)式得到下式:

其中,I0:最高工作溫度下的額定紋波電流(Arms)
I:疊加的紋波電流(Arms)
由于直接測量電容器的內(nèi)部溫升存在著困難,下表列出了表面溫度和內(nèi)部核心溫度的換算關(guān)系。
圖表2-1
直徑 ~10 12.5~16 18 22 25 30 35
中心/表面 1.1 1.2 1.25 1.3 1.4 1.6 1.65
壽命的推算公式,原則上適用于周圍環(huán)境溫度為+40℃到最高工作溫度范圍內(nèi),但由于封口材料的老化等因素,實際的推算壽命時間一般最大為15年。
(表2-1 壽命推算曲線)
 
3 電容器的串聯(lián)均衡電阻的計算:
3-1 回路展開圖
兩個電容器(C1,C2)相串聯(lián),等效電路可用下圖來表示,均衡電阻RB的計算公式可表示如下



4. 冗余電壓
   鋁電解電容器先充電,再放電,而后再將兩引線短接,再將其放置一段時間后,兩端子間存在電壓上升的現(xiàn)象;由這種現(xiàn)象所引起的電壓稱之為再生電壓。下面介紹一下產(chǎn)生這種現(xiàn)象的過程。
   當電壓施加在介質(zhì)之上時,在介質(zhì)內(nèi)部引起電子的轉(zhuǎn)移,從而在介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電場,其方向與電壓的方向相反,這種現(xiàn)象稱之為極化反應(yīng)。
   在施加電壓引起介質(zhì)極化后,如果兩端子進行放電一直到端子間的電壓為零,而后將其開路放置一段時間后,一種潛在的電勢將出現(xiàn)在兩端子上,這樣就引起了再生電壓。
   再生電壓在電容器開路放置10~20天時達到峰值,然后逐漸降低,再生電壓有隨組件變大而增大的趨勢(基板自立形) 如果電容器在產(chǎn)生再生電壓后,兩端子短路,瞬間高電壓放電可能引起組裝線上的操作員工的恐懼感,并且,有可能導(dǎo)致一些低壓驅(qū)動組件(如CPU,存儲器等)被擊穿的危險,預(yù)防出現(xiàn)這種情況的措施是在使用前加100Ω~1KΩ的電阻進行放電,或者在產(chǎn)品包裝中用鋁箔覆蓋引起兩端子間短路。如需更詳細的解答,請與我們聯(lián)系。
 

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