[NCC電容]鋁電解電容器的工作原理，如何選擇最適合的電容器？

作者：NCC電容    發(fā)布時(shí)間：2020-08-24 16:07:34  訪問量：6523  來源：櫻拓貿(mào)易

鋁電解電容器是大多數(shù)電氣設(shè)計(jì)的重要組成部分，故它的正確選型正是許多設(shè)計(jì)的成功關(guān)鍵。所以工程師必須了解鋁電解電容器的工作原理，并針對具體設(shè)計(jì)正確選擇最適合的電容器。

一、概述

鋁電解電容器不僅具有較高的單位體積電容值，而且?guī)缀蹩捎糜谌魏坞娮酉到y(tǒng)，包括用于過濾不需要的交流頻率，以及在一些應(yīng)用中用于儲存能量。此外，由于它提供高電容值和低阻抗，因此也常用于DC-DC變換器、逆變器和電源之中。

出于效率方面的考慮，人們一直非常關(guān)注對鋁電解電容器技術(shù)的改進(jìn)。通過新的制造工藝和最新材料，它們的使用壽命已獲得大大提升，而且同時(shí)提高了可靠性和堅(jiān)固性?？偟膩碚f，鋁電解電容器可以實(shí)現(xiàn)很長的使用壽命—設(shè)計(jì)得宜的情況下，可以使用長達(dá)20年。

所有電容器都由兩層導(dǎo)電材料（或電極）組成，這兩層導(dǎo)電材料則由介電材料制成的一個(gè)絕緣體隔開。這些層之間會產(chǎn)生一個(gè)電場，當(dāng)有電流給電容器充電時(shí)，它就可以存儲能量。鋁電解電容器的特點(diǎn)是它的電極由鋁箔制成， 而導(dǎo)電液體， 即電解液置于兩個(gè)鋁箔電極之間。通過電化學(xué)反應(yīng)，在陽極上箔會形成氧化層（Al2O3），它在鋁電解電容器中充當(dāng)電介質(zhì)。

鋁電解電容器的構(gòu)造

二、特性

設(shè)計(jì)和材料相結(jié)合，使得鋁電解電容器具備獨(dú)特的電氣特性。這些特性制造出明顯優(yōu)勢，讓它成為許多應(yīng)用中的理想之選（相對于其他的電容器而言） 。而且在許多情況下，鋁電解電容器甚至是實(shí)際上唯一的解決方案。

首先，鋁電解電容器的電容值更大（以單位體積和電壓等級而言），所以具有較高的容積效率。因此，電解電容器的單位體積電容比任何其他類型的電容器都高。這是鋁電解電容器最重要的一個(gè)特點(diǎn)。在設(shè)計(jì)得當(dāng)?shù)臈l件下，該特性可以在應(yīng)用中提供優(yōu)于其他技術(shù)的顯著優(yōu)勢。

其次，大多數(shù)鋁電解電容器的額定電壓要高于其他類型的電容器。直流電壓額定值為600V的鋁電解電容器很容易買到，而且?guī)缀蹩捎糜诟鞣N應(yīng)用。

第三，這些電容器具有極高的儲能能力，因?yàn)樗鼈兗扔懈唠娙葜?，又具有高額定電壓。電容器中存儲的能量隨電容值線性增加，隨電壓呈指數(shù)增加。

充分了解這三個(gè)特性是為電力應(yīng)用正確選擇鋁電解電容器的關(guān)鍵。在此基礎(chǔ)上，工程師在評估鋁電解電容器的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下四點(diǎn)。

鋁電解電容器的構(gòu)造

鋁電解電容器最重要的考慮因素是具體應(yīng)用對電容器使用壽命的要求。知道應(yīng)用在需要維修或更換之前能夠按照設(shè)計(jì)目標(biāo)正常運(yùn)行多長時(shí)間，這一點(diǎn)至關(guān)重要。

由于涉及許多復(fù)雜因素，這似乎是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，但是鑒于電子設(shè)備的可靠性，實(shí)際上是非常便于預(yù)測的。幸運(yùn)的是，工程師無需咨詢專家或成為專家來確定電容器的使用壽命。因?yàn)榇蠖鄶?shù)可靠的電容器制造商都提供了基于網(wǎng)絡(luò)的工具，以幫助工程師在應(yīng)用的特定設(shè)計(jì)約束內(nèi)計(jì)算鋁電解電容器的使用壽命。

額定電壓

工程師應(yīng)確保鋁電解電容器在規(guī)定的安全電壓工作范圍內(nèi)和額定電壓下工作。這不僅可以延長電容器的使用壽命，而且還有可以使電容器免受不必要的損壞。

鋁電解電容器通常要與電源配合使用，以提供高容量值。但是，鋁電解電容器是有極性的，所以只能用在整流電路的直流電壓應(yīng)用中。

在評估鋁電解電容器時(shí)，工程師不應(yīng)選用額定電壓遠(yuǎn)高于應(yīng)用需求的電容器。因?yàn)殪o電電阻同樣也會大幅增加。

此外，工程師應(yīng)該了解應(yīng)用的負(fù)載要求，包括紋波電流、環(huán)境溫度和可能的浪涌電壓等。這樣有助于延長應(yīng)用的整體使用壽命。

雖然許多鋁電解電容器可以承受偶爾發(fā)生的短期浪涌和反向電壓或者極性相反的電壓，但是不建議用在持續(xù)的電涌或持續(xù)的超額定值的反向電壓條件下。過壓、反向電壓和瞬態(tài)浪涌都可能會損壞電容。工程師應(yīng)適當(dāng)使用二極管防止出現(xiàn)反向電壓，而且購買的電容器能始終滿足指定的應(yīng)用設(shè)計(jì)要求。

電源電路示例

散熱特性

流過電容器的交流電會使其溫度升高。這種電流被稱為紋波電流，而自發(fā)熱會導(dǎo)致功率損耗。所以，應(yīng)用環(huán)境溫度就成為選擇鋁電解電容器的一個(gè)關(guān)鍵因素。

鋁電解電容器的冷卻措施和表面積決定了它在應(yīng)用中的熱阻或散熱量。散熱還會受到接觸元件紋波電流的限制。

鋁電解電容器的紋波電流額定值通常在上限規(guī)格溫度下指定。不僅應(yīng)用環(huán)境溫度是重要因素，交流信號的頻率、熱阻和等效串聯(lián)電阻也都很重要。

等效串聯(lián)電阻

在使用鋁電解電容器的電源應(yīng)用中，最大的擔(dān)憂之一是等效串聯(lián)電阻 - 它是等效串聯(lián)電路的阻性元件。交流電流紋波在通過電容器中的等效串聯(lián)電阻時(shí)會發(fā)生功率耗散。更高頻率的紋波電流會導(dǎo)致等效串聯(lián)電阻增加。等效串聯(lián)電阻越大，電容器內(nèi)部耗散的功率就越多，這意味著溫度會隨熱量散發(fā)而升高。

但是，工程師無需指定具有最低等效串聯(lián)電阻的鋁電解電容器。相反，他們應(yīng)該指定一個(gè)等效串聯(lián)電阻能夠滿足此應(yīng)用下紋波電流條件的電容器。

結(jié)論

對于設(shè)計(jì)工程師來說，在準(zhǔn)備選擇用于任何應(yīng)用的鋁電解電容器時(shí)，充分了解鋁電解電容器的電容值、額定電壓和儲能能力是非常重要。在為電力應(yīng)用選擇鋁電解電容器時(shí)，同樣重要的注意事項(xiàng)還包括鋁電解電容器的使用壽命、額定電壓、散熱特性和等效串聯(lián)電阻等。

通過了解這些特性和注意事項(xiàng)，工程師可以滿懷信心地為其應(yīng)用選擇最佳的鋁電解電容器。

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