铝电解电容器-培训

铝电解电容器铝电解电容器内容提要内容提要内容提要内容提要1.铝电解电容器基础知识.2.铝电解电容器主要电性能参数及降额.3高频低阻抗电容器3.高频低阻抗电容器.4.非固态铝电解电容器寿命的估算.5.铝电解电容器工艺安装、加工注意事项.6电解电容器的失效模式及案例6.电解电容器的失效模式及案例.7.铝电解业界发展.1.1.铝电解电容器基础知识铝电解电容器基础知识1.1.铝电解电容器基础知识铝电解电容器基础知识..电解电识电解电识..电解电识电解电识1.1电容器定义1.1.1理想电容器：表示符号:定义:C=Q/U表示符号:定义:C=Q/U计算公式单位F(法拉)计算公式:单位：F(法拉)mFμFnFpF1.1.2实际电容器：实际制造的电容器，有电感、有电阻、还有漏电流。为了分析上的方便，常用一等效电路来描述一实际意义的电容。1.2铝电解内部结构1.3铝电解外形封装1.4铝电解主要工艺流程铝矿浸渍电解液提纯碾压铝箔浸渍电解液组装提纯碾压扩大表面积铝壳胶塞/盖板热缩套管腐蚀组装老化扩大表面积生成绝缘氧化膜高温加电压化成老化分切成一定宽度分出不良品分切测试正负箔铆接引线夹上电解纸转绕按客户需求包装芯包转绕包装夹上电解纸转绕电解液贴标签1.5铝电解电容器主要材料正极箔电解液负极箔引出线(导电条)电解纸电解纸芯子包封胶带橡胶塞(盖板)橡胶塞(盖板)热缩套管垫片垫片外部包装材料2.2.铝电解电容器主要电参数及降额铝电解电容器主要电参数及降额2.2.铝电解电容器主要电参数及降额铝电解电容器主要电参数及降额额定电压反向电压标称容量标称容量损耗漏电流阻抗-频率特性纹波电流额定寿命额定寿命2.2.铝电解电容器主要电参数及降额铝电解电容器主要电参数及降额2.2.铝电解电容器主要电参数及降额铝电解电容器主要电参数及降额2.1额定电压VRR规定的、能施加在电容器上的最高直流工作电压。实际使用时，工作电压应小于额定电压,降额使用，对提高产品的寿命有显著的作用。目前铝电解电容器的电压等级有：6.310162535506380100160200250315350400450500550浪涌电压VS浪涌电压VS浪涌电压是电容器所能承受的极短时间的最大冲击电压。按IEC60384-1999标准，电解电容允许浪涌电压规定如下：按IEC603841999标准，电解电容允许浪涌电压规定如下：VR＜315VVS=1.15VRVR≧315VVS=11VRVR≧315VVS1.1VR试验方法:0.5minON,5.5minOFF,1000times,电容器不损坏.我司规定的浪涌电压降额是额定电压值我司规定的浪涌电压降额是：100％额定电压值目前也有厂家给出了很高的浪涌电压值，但要求脉冲的时间很短，是毫秒级的例如是毫秒级的，例如：450V电容器，最高浪涌电压是550V,脉冲时间小于500ms。反向电2.2反向电压铝电解电容器是有极性的，要求正常工作时不能有反向电压加到电容器上，当然铝电解也不能应用于交流电路中。如果在瞬间状态下，允许有脉冲反向电压，但电压值要≤0.5V.2.3标称容量●铝电解的容量一般按E6系列定义,在1个数量级内有6值:1.52.23.34.76.810●铝电解容量随温度的变化不太大,在工作温度范围内一般小于10%●铝电解容量随频率的上升而下降，变化很大（阻抗随频率增加很快），所以只能用于工频或开关频率较低电路中,当频率超过200KHz时,铝电解就没有了滤波能力,而且尺寸越大谐振点就越低。在所有电容器中铝电解的频率特性是最差的，这与铝电解的内部在所有电容器中铝电解的频率特性是最的与铝电解的内部结果有关系，它一般是有感转绕结构。2.4损耗(损耗角正切值tgδ2.4损耗(损耗角正切值tgδ)电容器损耗，也叫做电容器损耗角正切值，是电容器有功功率和无功功率之比无功功率之比：铝电解损耗是衡量电容器质量的一项重要参数，不同厂家的电容，损耗值差别会很大损耗值差别会很大。电容器损耗＝有功功率/无功功率电容器发热耗散功率/电容储能的功率＝电容器发热耗散功率/电容储能的功率＝I2*ESR/I2*1/ωCESR=ESR*ωC＝ESR*2πfCδ1/ωC2.5漏电流●给电容器加电压时，因电容能储存电能，所以起初的电流叫做充电电流，当电压上升到充电电压后，电流会迅速下降，一段时间后到达稳定的较2.5漏电流流，当电压上升到充电电压后，电流会迅速下降，段时间后到达稳定的较小值，但不会到零，这时的电流就叫做电容器的漏电流。●电容器因介质材料不同而漏电流也不同，薄膜和陶瓷电容的漏电流很小，而电解电容的漏电流较大，一般是微安级的，大尺寸的会到毫安级。●漏电流是衡量电解电容器质量的一个重要参数,不同厂家差别很大.●给电容器充电一般都是限流的,曲线图如兰色线,对于电解电容t1(测试)时间规定为5min.Itt12.6铝电解阻抗-频率特性Z(Ω)Z(Ω)XXCXLCESfESR从阻抗－频率特性可以看到，铝电解在低频阶段，是容抗起主要作用，而高频阶段是感抗起主要作用，容抗和感抗相互抵消的频段是ESR起主要作用，这个频段是铝电解滤波效果最好的阶段，频段是ESR起主要作用，这个频段是铝电解滤波效果最好的阶段，对铝电解来讲这个频段大概是几十～200KHz。1/ωC=ωL；ω2=1/LC；1/ωC=ωL；ω2=1/LC；2πf0＝（1/LC）1/2而对于其他类别的电容器来说f要大得多钽电解可以在几而对于其他类别的电容器来说，f0要大得多，钽电解可以在几百K，金膜电容器可以在几百K～几十KK.应用时主要关注的是铝电解在时的值它反映出高应用时主要关注的是铝电解在100KHz时的ESR值，它反映出高频低阻抗铝电解的性能好坏，也体现出一个厂家技术水平。2.7纹波电流◆电解电容器在我们的大多数应用中，都是工作在脉动电压下。这种工况使电容器上通过了纹波电流般用有效值表示使电容器上通过了纹波电流,一般用有效值表示。◆电容器允许的最大纹波电流与环温、ESR、电容结构、纹波频率有关。◆通过电容器的纹波电流产生的热引起电容器的内部温升,这是影响电容器寿命的最主要因素,通过检查电容器上的纹波电流，可预测电容器的寿命。◆额定纹波电流额定纹波电流的定义是：在上限使用温度下，当电容器的内部温升为5℃时，电容器上所通过的纹波电流值的有效值。◆我司纹波电流降额考核标准见下表，考核时主要结合寿命一起考核，当有多个频率的纹波时，要计算成一个频率下的纹波等效值，厂家手册中一般都给出了不同频率下的纹波电流转换系数。铝电解纹波电流降额铝电解纹波电流降额应用场合电容器分类B级产品A级产品SCREW-TYPE220％额定值200％额定值滤波SNAP-IN105℃220％额定值200％额定值SNAP-IN85℃200％额定值180％额定值RADIAL-LEAD150％额定值130％额定值RADIALLEAD150％额定值130％额定值其它场合100％额定值100％额定值2.8额定寿命2.8额定寿命由于是液体（电解液）作为负极，铝电解在使用时是有寿命要求的。额定寿命定义：在最高工作温度下，给电容器加直流电压和纹波电流，（纹波电压峰值＋直流电压＝电容器额定电压），试验一定的时间，电容器的电参数和外观必须符合产品手册规定要求，这个时间就是电容器的额定寿命。是电容器的额定寿命。目前我司使用的电容器额定寿命一般是：85℃2000h5000h85℃2000h5000h105℃1000h2000h3000h7000h125℃2000h3000h5000h125℃2000h，3000h，5000h产品手册规定的寿命试验后电参数要求一般是：容量变化容量变化≤20%损耗变化≤2倍的初始规定值漏电流变化≤初始规定值外观无损伤我司规定的铝电解寿命降额是：应力考核点B级产品A级产品应力考核点B级产品A级产品I区最坏情况预期寿命≥1年≥2年I区额定情况预期寿命≥产品规格书规定值3.高频、低阻抗电容器3.高频、低阻抗电容器高频、低阻抗电容器是随着开关电源的发展而发展起来的一种电容器。3.高频、低阻抗电容3.高频、低阻抗电容主要应用于电源的输入输出滤波场合，低阻抗电容器的性能好坏是行业水平的代表。在工艺上主要是通过选用高纯度的铝箔提高电解液的电导率选用在工艺上主要是通过选用高纯度的铝箔，提高电解液的电导率，选用高性能的电解纸等方法来降低电容器的阻抗。高频低阻抗电容器的高频阻抗值（100KHz)在厂家手册中都有给出，高频低阻抗电容器的高频阻抗值（100KHz)在厂家手册中都有给出，与同规格的电容器相比，阻抗值下降了30－50％。我们知道，铝电解的频率特性很差，它的滤波效果只有在几十KHz以下表现较好，尽管称为高频低阻抗电容器，但是它只是相对于普通电容器而言的，在几十KHz到100KHz滤波效果较好，超过100KHz后，滤波效果也会很差。会很差。4.4.铝电解电容器寿命估算铝电解电容器寿命估算4.4.铝电解电容器寿命估算铝电解电容器寿命估算4.4.铝电解电容寿命估算铝电解电容寿命估算4.4.铝电解电容寿命估算铝电解电容寿命估算4.1为什么要进行铝电解电容器寿命估算ESR的存在，导致纹波电流经过时电容器会发热，电容芯子温度升高而电解液（液体）具有挥发性，温度升高后挥发速度加快，当电解而电解液（液体）具有挥发性，温度升高后挥发速度加快，当电解液挥发完后，电容器就没有了容量，寿命结束。业界一般规定：容量下降20％以上损耗增大为初始规定值的2陪业界般规定：容量下降20％以上，损耗增大为初始规定值的2陪，电容器的寿命也就结束了。42影响电容器寿命的三个重要因素4.2影响电容器寿命的三个重要因素环境温度工作电压纹波电流当然，在有强迫风冷情况下，风速也是影响寿命的一个因素。4.3纹波电流造成的电容器温升◆△T的理论计算电容器消耗的功率为：P=IRipple2*ESR+V*ILP=电容器上的功耗；IRipple=纹波电流有效值；ESR=等效串联电阻；V=工作电压；IL=漏电流。因为漏电流产生的温升与纹波电流产生的温升相比极小，可忽略，所以上式可简化为：P=IRipple2*ESR假设：=电容器的散热系数；A=电容器的表面积A=(/4)*D*(D+4L)假设：T=纹波电流发热引起芯子温升（芯子温度-环境温度），那么有：IRipple2*ESR=*A*TT=(IRipple2*ESR)/*A◆根据纹波电流计算温升实际应用时，根据实测纹波电流估算T也是一种快捷的方法。假设电容器额定纹波电流为I0，实测纹波电流为IX则估算公式为：T=Tm*(IX/Io)2Tm=电容器在上限温度下的最高允许温升。如105℃产品，Tm=5℃即：T=*(IX/Io)2如果实际工作频率与120Hz频率不一致，IX应除以频率转换因子，将IX转如果实际作频率与频率不致X应除以频率转换因子将X转换成120Hz下的值。如有多个频率下的纹波电流，应转换成120Hz下的均方根值。我司电容纹波电流的降额系数是以此估算的电我司105℃Snap-in电容纹波电流的降额系数是220％，以此估算的电容器芯子温升为：T=*222＝25℃T=*2.22＝25℃这个值也是一般厂家建议的在40℃环温时电容器芯子温升的极限值。◆△T的实际测量的实际测量因为实际应用时，环境条件千差万别，值不易确定，推荐通过测量电容器的芯子温度（Te）和环境温度（Ta）来获得DT：容器的芯子温度（Te）和环境温度（Ta）来获得DT：△T＝Te－Ta◆温度测试时注意事项：1）新产品开发时，用于PFC滤波，直流输出滤波的电容一般都要测芯子温度，目前直径12mm以上的铝电解都可以打孔测试芯温；2）实际应用中，器件的周围环境非常复杂。不仅有风冷，而且器件密集分布了较多发热器件因此精确的测量个器件的环境温度是密集，分布了较多发热器件，因此精确的测量一个器件的环境温度是一件困难的事，测试时只能做这样的规定：■对于通讯电源或小功率变频器UPS测试电容器背风侧面附近■对于通讯电源或小功率变频器、UPS，测试电容器背风侧面附近点，测量时用绝缘胶布包住温度探