鋁電解電容器

1、電子元器件鋁電解電容器電容器的機理與電氣功能顧名思意， 可以作這樣的形象理解：所謂 電容器（capadtor ）就是能夠儲存電荷的“容器”。只不過這種“容 器”是一種特殊的物質(zhì)一一電荷（charge）,而且其所存儲的正負電 荷等量地分布于兩塊不直接導通的導體板上。 至此，我們就可以描述 電容器的基本結(jié)構(gòu)：兩塊導體板（通常為金屬板）中間隔以電介質(zhì)（dielectric ）。即構(gòu)成電容器的基本模型。一般鋁電解電容器的結(jié)構(gòu)：鋁電解電容器是由鋁圓筒做負極，里面裝有液體電解質(zhì)，插入一 片彎曲的鋁帶做正極而制成的電容器稱作鋁電解電容器。它是一種用鋁材料制成的電性能好、適用范圍寬、可靠性高的通用型電解電容器

2、。 國優(yōu)名牌產(chǎn)品。由中國振華集團新云器材廠最早研制、生產(chǎn)。年生產(chǎn) 能力10億支。產(chǎn)品有30種型號、數(shù)千個規(guī)格，廣泛用于空調(diào)機、收 錄機、洗衣機、通信機等家用電器及電子整機、儀器、儀表的配 套。它是由陽極箔（含導針）、負極箔（含導針）、電解紙（含電解液）卷繞在一起，形成柱狀卷芯，然后利用膠塞將卷芯密封在鋁 殼中，鋁殼外面套以絕緣套管，套管上有電容器性能參數(shù)、極性、商 標等標志。其中負極箔多為純鋁軋成的光箔（即清水箔），而陽極箔 為表面有很多微小坑洞的腐蝕箔，陽極箔上的三氧化二鋁（A12O3）起著電介質(zhì)的作用，電解液（含浸在電解紙中）與負極箔共同組成電 容器的負極。它是一種用鋁材料制成的電性能好、

3、適用范圍寬、可靠性高的通 用型電解電容器。國優(yōu)名牌產(chǎn)品。由中國振華集團新云器材廠最早研 制、生產(chǎn)。年生產(chǎn)能力10億支。產(chǎn)品有30種型號、數(shù)千個規(guī)格，廣泛用于空調(diào)機、收錄機、洗衣機、通信機等家用電器及電子整機、儀 器、儀表的配套。它是由鋁圓筒做負極，里面裝有液體電解質(zhì)，插入 一片彎曲的鋁帶做正極而制成的電容器稱作鋁電解電容器。它的芯子是由陽極鋁箔、浸有電解液的襯墊紙、陰極鋁箔、天然氧化膜等重疊 卷繞而成的，芯子含浸電解液后用鋁殼和膠蓋密閉起來就構(gòu)成一個電 解電容器。一般情況下，鋁電解電容器的鋁殼外面都有一個塑料套管。 套管顏色五顏六色，它不僅美觀，而具有特定的意義。鋁電解電容器的特點是容量大，但

4、是漏電大，誤差大，穩(wěn)定性差， 常用作交流旁路和濾波，在要求不高時也用于信號耦合。電解電容有 正、負極之分，使用時不能接反。電容在電路中實際要承受的電壓不 能超過它的耐壓值。在濾波電路中，電容的耐壓值不要小于交流有效 值的1.42倍。使用電解電容的時候，還要注意正負極不要接反。不同電路應該選用不同種類的電容?？窕芈房梢赃x用云母、高 頻陶瓷電容，隔直流可以選用紙介、滌綸、云母、電解、陶瓷等電容， 濾波可以選用電解電容，旁路可以選用滌綸、紙介、陶瓷、電解等電 容。電容在裝入電路前要檢查它有沒有短路、斷路和漏電等現(xiàn)象，并 且核對它的電容值。安裝的時候，要使電容的類別、容量、耐壓等符 號容易看到，以便

5、核實。因其低成本的特點，鋁電解電容器一直都是 電源的常用選擇。但是，它們壽命有限，且易受高溫和低溫極端條件 的影響。鋁電解電容器在浸透電解液的紙片兩面放置金屬薄片。這種電解液會在電容器壽命期間蒸發(fā)，從而改變其電氣屬性。如果電容器 失效，具會出現(xiàn)劇烈的反應：電容器中形成壓力，迫使它釋放出易燃、腐蝕性氣體。電解質(zhì)蒸發(fā)的速度與電容器溫度密切相關(guān)。工作溫度每下降10攝 氏度，電容器壽命延長一倍。電容器額定壽命通常為在其最大額定溫 度下得出的結(jié)果。典型的額定壽命為 105攝氏度下1000小時。選 擇這些電容器用于圖1所示LED燈泡等長壽命應用時(LED的壽命 為25000小時)，電容器的壽命便成了問題。

6、要想達到25000小時壽命，這種電容器要求工作溫度不超過 65攝氏度。這種工作溫度特 別具有挑戰(zhàn)性，因為在這種應用中，環(huán)境溫度會超出125攝氏度。市場上有一些高額定溫度的電容器， 但是在大多數(shù)情況下，鋁電解電 容器都將成為LED燈泡壽命的瓶頸組件。這種壽命溫度依賴度實際影響了您降低電容器額定電壓的方法。 您首先想到的可能是增加電容器額定電壓來最小化電介質(zhì)失效的機 率。但是，這樣做會使電容器的等效串聯(lián)電阻(ESR)更高。由于電容器一般會具有高紋波電流應力，因此這種高電阻會帶來額外的內(nèi)部 功耗，并且增加電容器溫度。故障率隨溫度升高而增加。實際上，鋁 電解電容器通常只使用其額定電壓的 80%左右。電

7、容器溫度較低時，ESR急居增力口，如圖1所示。在這種情況下， -40C下，電阻呈數(shù)量級增加。這在許多方面都會影響到電源性能。 如果電容器用于開關(guān)式電源的輸出端，則輸出紋波電壓呈數(shù)量級增 加。另外，在ESR和輸出電容形成的零以上頻率，它讓環(huán)路增益增 加一個數(shù)量級，從而影響控制環(huán)路。這會產(chǎn)生一個有振蕩的不穩(wěn)定電 源。為了適應這種強震動，控制環(huán)路通常會在空間方面做出巨大妥協(xié)，并在更高溫度下工作低溫下ESR性能急劇下降圖1低溫下ESR性能急劇下降鋁電解電容器在結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出如下明顯的特點：(1)鋁電解電容器的工作介質(zhì)為通過陽極氧化的方式在鋁箔表面生成一層極薄的三氧化二鋁(A12O3),此氧化物介質(zhì)層和電

8、容器 的陽極結(jié)合成一個完整的體系，兩者相互依存，不能彼此獨立；我們 通常所說的電容器，其電極和電介質(zhì)是彼此獨立的。(2)鋁電解電容器的陽極是表面生成 A12O3介質(zhì)層的鋁箔，陰極 并非我們習慣上認為的負箔，而是電容器的電解液。(3)負箔在電解電容器中起電氣引出的作用，因為作為電解電容器 陰極的電解液無法直接和外電路連接，必須通過另一金屬電極和電路 的其它部分構(gòu)成電氣通路。(4)鋁電解電容器的陽極鋁箔、陰極鋁箔通常均為腐蝕鋁箔，實際 的表面積遠遠大于其表觀表面積，這也是鋁質(zhì)電解電容器通常具有大 的電容量的一個原因。由于采用具有眾多微細蝕孔的鋁箔， 通常需用 液態(tài)電解質(zhì)才能更有效地利用其實際電極面

9、積。(5)由于鋁電解電容器的介質(zhì)氧化膜是采用陽極氧化的方式得到的， 且其厚度正比于陽極氧化所施加的電壓，所以，從原理上來說，鋁質(zhì)電解電容器的介質(zhì)層厚度可以人為地精確控制。鋁電解電容器的性能特點：同其它類別的電容器相比，鋁電解電容器的優(yōu)越性表現(xiàn)在以下幾個方面：(1)單位體積所具有的電容量特別大。工作電壓越低，這方面的特 點愈加突出，因此，特別適應電容器的小型化和大容量化。例如，CD26 型低壓大容量鋁電解電容器的比容量約為300區(qū)F/cm3,而其它在小型化方面也頗具特色的金屬化紙介電容器的低壓片式陶瓷電容器的 比容量一般不會超過2 f F/cm3o(2)鋁電解電容器在工作過程中具有“自愈”特性。

10、所謂“自愈” 特性是指介質(zhì)氧化膜的疵點或缺陷在電容器工作過程中隨時可以得 到修復，恢復其應具有的絕緣能力，避免招致電介質(zhì)的雪崩式擊穿。(3)鋁電解電容器的介質(zhì)氧化膜能夠承受非常高的電場強度。在鋁 電解電容器的工作過程中，介質(zhì)氧化膜承受的電場強度約為 600kV/mm這一數(shù)值是紙介電容器的30多倍。(4)可以獲得很高的額定靜電容量。低壓鋁電解電容器能夠非常方 便地獲得數(shù)千乃至數(shù)萬微法的靜電容量。一般來說，電源濾波、交流 旁路等用途所需的電容器只能選用電解電容器。當然，鋁電解電容器也有以下顯著缺點：(1)絕緣性能較差?？梢赃@樣說，鋁電解電容器是所有類別的電容器中絕緣性能最差的。對鋁電解電容器而言，

11、通常采用漏電流來表征其絕緣性能， 高壓大容 量鋁質(zhì)電解電容器的漏電流可達 1m頗下。(2)損耗因子較大，低壓鋁電解電容器的 DF通常在10%以上。(3)鋁電解電容器的溫度特性及頻率特性均較差。(4)鋁電解電容器具有極性。使用在電子線路中時，鋁電解電容器 的陽極要接電路中的電位高的點，陰極接電位低的點，才可能正常發(fā) 揮電氣功能。如果接反了，電容器的漏電流急劇增大，芯子嚴重發(fā)熱， 導致電容器失效，并有可能燃燒爆炸，損害線路板上的其它器件。(5)工作電壓有一定的上限。根據(jù)鋁電解電容器介質(zhì)氧化膜的特殊 生成手段，其最高工作電壓一般為 500V,且發(fā)展?jié)摿κ钟邢蓿欢?對其它非化學電容器而言，只要適當加

12、厚其電介質(zhì)的厚度，理論上的 工作電壓可以達到任意上限值。(6)鋁電解電容器的性能容易劣化。使用經(jīng)過長期存放的鋁電解電 容器，不宜突然施加額定工作電壓，而應逐漸升壓至額定電壓。(7)傳統(tǒng)鋁電解電容器由于采用電解液作為陰極，在片式化方面存 在較大的障礙，故其片式化進程落后于陶瓷電容器及金屬化薄膜電容 器。鋁電解電容器的電性能參數(shù)：鋁電解電容器的額定容量接 E6系列的優(yōu)選數(shù)確定，即：(N=0,1,2 ,5);共有6個數(shù)值：10, 15, 22, 33, 47, 68。與E6系列相對應 的允許偏差為士 20%,但對通用的電解電容器而言，其正偏差常放寬 至+50%。鋁電解電容器的損耗因子的定義為：在規(guī)定

13、頻率的正弦電壓下, 電容器所消耗的有功功率和無功功率的比值，即：其中， f為正弦電 壓的頻率，C為在該頻率下電解電容器串聯(lián)模型的容量，r為電解電 容器的等效串聯(lián)電阻（ESR。鋁電解電容器的漏電流通常定義為施加額定工作電壓若干分鐘以后 流過電容器的電流。通常，鋁電解電容器容許的最大漏電流可以用下 式界定：Il=KCU（ wA）其中，C為電容器的容量（區(qū)F） , U為所施加 的直流電壓值（V） , K是與電容器類型有關(guān)的常數(shù)，通常的取值范 圍為0.010.1，低漏電流的系列品也有取值小于 0.002的情況。額定工作電壓是指在規(guī)定的環(huán)境溫度范圍內(nèi)所能施加到電解電容 器上的最大直流電壓值。鋁電解電容器

14、的應用及發(fā)展：目前全球鋁電解電容器供應市場日趨成熟，主要集中在日本、中 國大陸、臺灣地區(qū)以及韓國等地區(qū)。從近幾年的行業(yè)總體競爭格局來 看，日本的電解電容器生產(chǎn)量開始逐漸萎縮減產(chǎn)，取而代之的是韓國企業(yè)，臺灣企業(yè)，中國大陸企業(yè)。鋁電解電容器這種產(chǎn)品在1978年之前，在中國大陸當時算是高新技術(shù)產(chǎn)品，而經(jīng)過三十多年的發(fā)展， 鋁電解電容器這種產(chǎn)品對于國內(nèi)鋁電解電容器的生產(chǎn)商來說已不屬 于高新技術(shù)產(chǎn)品了。從技術(shù)的角度來看，國內(nèi)某些知名品牌所生產(chǎn)的 電容器已完全可以取代國外的電容器。鋁電解電容器在電子線路中的基本作用一般概括為：通交流、阻 直流，具有濾波、旁路、耦合和快速充放電的功能，并具有體積小、 儲存電

15、量大、性價比高的特性。隨著現(xiàn)代科技的進步與電容器性能的不斷提高，鋁電解電容器已廣泛應用于消費電子產(chǎn)品、通信產(chǎn)品、電 腦及周邊產(chǎn)品、新能源、自動化控制、汽車工業(yè)、光電產(chǎn)品、高速鐵 路與航空及軍事裝備等。鋁電解電容器根據(jù)電解質(zhì)形態(tài)的不同可劃分為液態(tài)鋁電解電容器 和固態(tài)鋁電解電容器；按引出方式的不同可分為引線式、焊針式、焊 片式、螺栓式、貼片式等五種。按應用領(lǐng)域的不同鋁電解電容器分為 消費類、工業(yè)類和特種應用鋁電解電容器， 消費類鋁電解電容器主要 用于節(jié)能照明、電視機、顯示器、計算機及空調(diào)等消費類市場；工業(yè) 類鋁電解電容器主要用于工業(yè)和通訊電源、 專業(yè)變頻器、數(shù)控和伺服 系統(tǒng)、風力發(fā)電及汽車等工業(yè)領(lǐng)

16、域；特種鋁電解電容器主要應用于軍 事、航空航天以及其他特殊領(lǐng)域。鋁電解電容器面臨的挑戰(zhàn)與機遇：20世紀80年代，當LSI、VLSI蓬勃發(fā)展的時候，有人曾經(jīng)對電 容器的前景極為悲觀，隨后的事實證明，這些看法有一些杞人憂天的 味道：自上個世紀80年代中期起，電容器產(chǎn)業(yè)的年平均增長率均在 20%以上，1993年全球電容器的銷售產(chǎn)值已達 130億美元。鋁質(zhì)電 解電容器的銷售產(chǎn)值占整個電容器產(chǎn)業(yè)的 1/3多。但是，隨著電子技 術(shù)及材料制造工藝的進步，傳統(tǒng)型鋁電解電容器不僅受到電子技術(shù)發(fā) 展的壓力，也面臨其它類別電容器挑戰(zhàn)其龍頭老大地位的壓力。電子技術(shù)對電容器小型化、片式化的需求，使得傳統(tǒng)鋁電解電容 器產(chǎn)

17、業(yè)倍感壓力。傳統(tǒng)鋁電解電容器采用電解液作為陰極，這使得其 片式化進程受到極大的阻礙。片式化通常采用迭層結(jié)構(gòu)、樹脂包封的形式，而如何將電解液完好地密封起來一直是鋁電解電容器研發(fā)人員倍感頭痛的事。鋰電解電容器采用固態(tài)半導體材料MnO2乍為陰極材料，其片式化的進展頗為迅速，已經(jīng)對鋁電解電容器構(gòu)成一定的市場 威脅。超大比表面積(2000m2/g3000m2/g)炭纖維布工業(yè)化制造技 術(shù)的成熟，使得近年來雙層電容器的研發(fā)與制造迅速成長， 并成為極 低壓和低壓鋁電解電容器的一個有力的競爭對手。EDLC可以輕而易舉地獲得法拉級的容量，其儲能密度高于鋁電解電容器，因而在儲能 用的領(lǐng)域正在逐步打破鋁電解電容器的壟斷地位，并有可能后來居 上。金屬化紙介、金屬化薄膜電容器的出現(xiàn)，使得紙介、塑料薄膜電 容器在減小體積、增大比容量方面邁出歷史性的一步。目前，金屬化 紙介、金屬化薄膜電容器小型化、片式化的發(fā)展較為活躍，并向低壓 小容量的鋁電解電容器發(fā)出挑戰(zhàn)。 同樣，片式陶瓷電容器由于中低溫 燒結(jié)技術(shù)的開發(fā)，垂直迭層工藝的發(fā)展，能夠獲得的電容量范圍也在 逐步擴大，也在逐步蠶食低壓小容量鋁電解電容器所占的市場份額。雖然鋁電解電容器面臨著前所未有的壓力和挑戰(zhàn)，但是也不必過 于悲觀地認定鋁電解電容器已經(jīng)窮途末路， 必定要退出歷史舞臺。然 而新技術(shù)、新材料的發(fā)展，在給其它類別電容器帶來發(fā)展機遇的同時，