铝电解电容器讲稿.ppt

一 电容器的基本概念 在了解铝电解电容器之前 先简单介绍电容器基本知识 1电容器的基本特征参数1 1电容量C 电容器的电容量就是表征电容器贮存电荷能力的参数 与电极有效面积和介电常数成正比 与电极间的距离成反比 常用的电容量单位为 F nF pF 1 2电容器损耗 在电场作用下 单位时间内因发热而消耗掉的能量叫电容器的损耗 常用损耗角正切值tg 来表征电容器损耗特性的参数 tg P PcP 有功功率 电容器的损耗功率 Pc 无功功率 电容器贮存的功率 一 电容器的基本概念 1 3绝缘电阻R 介质绝缘性能好坏的表征方式 有时也用时间常数来表示 电容器绝缘电阻计算方式 R U ILU 电容器上所加的电压IL 漏电流1 4介电强度TV 介电强度就是指电容器能够承受加在它的两引出端上的电压而不致被击穿 损坏 的一种能力 也称压强度 击穿电压Ub 试验电压Ut 额定电压UR 使用电压U 一 电容器的基本概念 用途广泛 储能 用于振荡器的耦合 电源滤波 去耦 旁路 反馈 波形变换 相位调整等 1 储存能量接上电源对电容器充电 然后对负载放电 如电焊机 激光打标机 大功率电源等 2 前置放大器中的电容器 耦合 去耦 前置放大器是指整个放大系统的前端 级 放大器 它的信号输出品质对整个系统的品质影响很大 对电视机就是图像品质 对声音系统就是音质 一个理想的电容器没有信号的失真及相位差 也没有高次谐波及漏电流引起的杂音 干扰信号 但由于实际电容器的电介质 电极 引线等材料性质的不同 将会产生不同程度的信号失真和干扰信号 杂音 一 电容器的基本概念 放大级会通过共用电源而发生相互耦合干扰 去耦电容就是将这种波动的高频成份短接入地 保持Ud的稳定 前后级互不干扰 3 滤波在整流电路二极管整流后 把直流电压中所含的交流分量滤掉 4 将交流旁路 短路 掉 是为了稳定晶体管的工作点 将高频干扰去除掉 由电容器接地 5 反馈是将输出信号部分反馈到输入端 称负反馈 起到降低放大倍数 稳定放大器的作用 6 调谐振荡用收音机调频至与电台同一频率时 就能收到节目 LC串联在一起时 感抗XL 2 fL 容抗XC 1 2 fLC当XL XC时 为串联谐振状态f 1 2 LC 一 电容器的基本概念 7 改善音质用音频电路的接电容器与喇叭的阻抗相匹配 如双极性电解电容8 节能灯用电解电容电容器通过高频 20 70KHZ 开关管 将准方波电压加至灯管两端 省去镇流电感的体积与功耗降低 功率因素大大改善 所以比日光灯节能 9 移相为使马达旋转 改善转矩特性 必须使用移相电容 如马达起动电解电容10 校正波形用电视机水平偏转电路校正波形 如无极性电解电容11 变频空调用以往空调是定速 压缩机起动频繁 温度误差2 由于变频空调采用了数字控制技术和变频压缩机 使得机器运行时比普通空调省电30 以上 温度波动控制在0 5度以内 静音低噪 成为目前最成熟 最有效的节能途径 二 铝电解电容器的一般知识 一 铝电解电容器的含义及特点1 含义 工作时的绝缘介质为三氧化二铝的电解电容器 2 铝电解电容器的结构 特点2 1芯子的组成 阳极 高纯化成铝箔 阴极 高纯腐蚀铝箔 工作介质 铝氧化膜 电解纸 浸有工作电解液 工作电解液 含浸在电解纸上 2 2产品的基本构成 芯子 铝外壳 引出部分 导针 导针型 焊针 牛角型 螺钉 螺钉型 密封部分导针型电解电容 橡胶塞 三元乙丙胶 丁基胶 牛角型电解电容 焊片盖板 针状盖板 U型焊片盖板 螺钉型电解电容 螺钉盖板 酚醛树脂盖板 聚苯硫醚树脂盖板 绝缘套管 目前基本使用PVC PET两种材质 2 铝电解电容器的性能特点2 1单位体积内所具有的电容量特别大 功率密度大 例 金属化纸介电容器及独石电容器 2 F cm3铝电解电容器 500 F cm32 2自愈特性具有自动修补氧化膜缺陷的能力 2 3单向导电性铝电解电容器具有极性 2 4较高工作电压且有一定的上限值单个铝电解电容器的工作电压一般最高不超过500V 二 铝电解电容器的类型1 以工作电解质的形态区分液体电解质 大部分均为此类电容器固体电解质 大多为片式铝电解电容器2 以工作电压高低区分低压 4 100V中压 120 250V高压 315 500V3 以极性区分极性 大多数铝电解电容器双极性 少数铝电解电容器 4 按工作温度范围区85 系列 25 85 40 85 55 85 105 系列 25 105 40 105 55 105 125 系列 25 125 40 125 55 125 5 按引出方式区分SMD引线式焊片式螺钉式6 按安装方式区分传统安装 多数铝电解电容器表面组装 片式铝电解电容器 铝电解电容器工作原理及电性能参数 一 电容量1 标称容量与允许误差电容量与实际值有一定偏差 若在允许范围内 则称允许偏差 这是电容器在制造过程中由于工艺和原材料原因造成的容量分散 电容器采用三个标称系列E6 E12 E24 目前国际上通用E6系列 E6系列 1 0 1 5 2 2 3 3 4 7 6 8共计6个数或这6个乘以10n n为整数 1 标称电容量 CR 0 1 5 000 000 F2 标称电容量允许偏差 代号 K 10 M 20 Q 10 30 T 10 50 R 10 100 电容量的单位 1F 103mF 106 F 1000000 F电容量的温度特性曲线和频率特性曲线 铝电解电容器工作原理及电性能参数 二 损耗角正切值tg 1 定义损耗角正切值是在规定频率的正弦电压下电容器消耗在电阻上的有功功率与贮存在电容器的无功功率之比 Tg PR PC P有 P无 100 PR PC UCI sin UC I COS tg 铝电解电容器工作原理及电性能参数 当一电容器接入交流电路中 在理想的情况下 其电流超前电压900 意义为不消耗电能 但由于介质的存在及工艺因素 材料因素等 铆接接触电阻 电解液的电阻 在实际充电过程中 要消耗一小部分电功率 这时电流超前电压小于900 在矢量图上就是实际电流与理想电流造成了一个夹角 这角称为损耗角 也就是说出现了造成损耗的一小部分电流IR 相应地有如理想电容器上并联了一个电阻 电阻就需消耗能量 2 tg 的特性tg cr c r金 r介 r液 1 C tg 的关系在同电压下 C tg 当C 1000 F时 每增加1000 F tg 增加0 02 2 tg f的关系f tg 3 tg T的关系T tg 4 耐久性后的tg 值与初始规定值比不超过初始规定值的2倍 铝电解电容器工作原理及电性能参数 三 漏电流1 表示电容器的绝缘质量I KCUK 漏电流常数 0 01 0 02 0 03C 电容器标称容量U 直流电压2 漏电流与与下列因素有关 1 与施加的电压高低 2 与电容器容量大小有关 3 施加电压时间长短 4 与制造工艺有关 5 与所处的环境温度 湿度有关 T 10 I成倍 6 与原材料的纯度有关 铝电解电容器工作原理及电性能参数 四 额定电压表征在规定的环境温度范围内 所施加到电容器上的最高工作电压的系列值一般为4V 500V实际使用电压低于额定电压 一般为80 五 阻抗 Z 阻抗是指在某一频率下 对有高频要求的 一般提出阻抗值 单位用 表示 1 Z tg 关系 tg Z 2 Z f关系f Z 低频区为容抗 当f到一定值时 Z ESR f XL XC进入高频区 六 额定纹波电流电解电容在电子线路中主要作为滤波 旁路 耦合等方面的应用 在这些应用中 施加于电解电容上的电压状态是在直流电压上叠加不同频率的交流成分电压 即为纹波电压 脉动电压 在这种情况下流经电容器的交流电流成为纹波电流 I P有 ESR 1 2 S t ESR 1 2注 1 2 10 3 W cm2 S D H cm2 D为产品直径 H为产品高度 t 产品在极限温度下的容许温升 P有 产品容许功率损耗 W ESR 等效串联电阻 说明 有利于提高产品耐纹波电流的能力的措施 尽量选择外形尺寸大的产品 尽量选择损耗角正切或等效串联电阻小的产品 降低使用环境温度 七 外形尺寸 直径 高度 引线式 4 5 30 60 mm 焊片式 20 20 35 60 mm 螺钉式 35 40 120 250 mm 高温负荷 寿命 耐久性 符合10法则 L k L0 2 t0 t 10k 纹波修正系数L 实际使用寿命L0 额定使用寿命t 实际使用温度t0 额定使用温度 例子 85 1000h 45 使用环境 可连续工作约1 8年 85 2000h 45 使用环境 可连续工作约3 6年 105 1000h 45 使用环境 可连续工作约7 3年 105 2000h 45 使用环境 可连续工作约14 6年 105 20 000h 45 使用环境 可连续工作约146年 日本GZ系列 125 1000h 45 使用环境 可连续工作约29年 125 2000h 45 使用环境 可连续工作约58年 八 高温贮存85 500h85 1000h105 500h105 1000h125 500h125 1000h九 低温特性阻抗比 Z负温 Z 20 2 15电容量损失 C负温 C 20 C 20 40 四 铝电解电容器的试验1 低温贮存 负温48h2 可焊性 适用于引线式产品和焊片式产品3 引出端强度 拉力试验 扭转试验 转矩试验4 高低温稳定性 20 C tg I Z 负极限温度 C Z 20 C tg I 正极限温度 C tg I 20 C tg I 5 套管绝缘套管的耐压 2000V 直流 套管的绝缘电阻 100M 6 振动低频振动 10 55Hz 多数铝电解电容器 高频振动 10 2000Hz 少数铝电解电容器 主要是引线式产品 7 温度冲击和浸渍8 浪涌电压 1000次直流浪涌电压循环 9 压力释放 8的电容器 10 耐潮湿11 高温贮存12 高温负荷 五 铝电解电容器的使用说明1 铝电解电容器是有极性的 在安装时不要插反 否则造成短路 或使电容器损坏 2 施加的直流电压不能高于额定工作电压 否则 将会造成电容器漏电流急剧增大 造成电容器损坏 3 施加的纹波电流不能高于额定纹波电流 否则 造成电容器损坏 4 使用环境温度不能超过电容器允许的工作温度范围 5 8的产品 都设有防爆装置 安全空隙 8 16 2mm以上 18 35 3mm以上 其它 5mm以上 位置 引线式 焊片式 在外壳底部 螺钉式 在盖板上 6 铝电解电容器长期贮存后 不宜立即施加额定工作电压 应在使用前 逐步升高电压 直到额定工作电压 老化6 8小时 7 焊接铝电解电容器时 焊接温度不宜超过280 焊接时间不应超过10秒 8 不要在电容器的引线或引出端施加不必要的外力 9 铝电解电容器外壳与负极引出端是不绝缘的 10 引线式结构电容器外壳直径 14mm者 其引线不作固定用 六 铝电解电容器的设计与制造工艺流程设计原理1 选箔原则85 产品阳极箔化成电压 1 3 WV 工作电压 例如400V220 F520VF105 产品阳极箔化成电压 1 4 WV 工作电压 450V150 F630VF2 用纸原则中高压50 100 m低压30 50 m 铝电解电容器生产工艺流程图 六 铝电解电容器的设计与制造工艺流程制造工艺流程1 腐蚀将铝箔经电化学使平滑面变得粗糙 增加铝箔的实际表面积 2 化成通过电化学在腐蚀铝箔上形成作为介质的氧化膜 经过不同的化成 可得到各种耐压和电容量的化成铝箔 3 切割将腐蚀 化成过的电极箔根据产品的尺寸切成相应的长度 4 铆接将引出线铆接在电极箔上 引出电容器的特征 5 卷绕将铆接好的阳极箔和阴极箔 中间插入电解纸卷成芯子 铆卷机 6 浸渍将卷好的芯子浸泡在电解液中 真空浸渍机 7 装配 组立 将浸渍好的芯子装入铝外壳 然后用橡胶塞密封 8 老化将装配好的电容器施加规定的电压 使其特性稳定 9 测量在保证性能的基础上 全数检查电容量 tg 漏电流 10 包装将测量好的电容器进行包装 11 入库每批进行出货检查 合格批送入仓库 组立机 套管机 自动老化选别机 电解电容器的失效分析 一 电容器的击穿形式电容器的击穿是一种不可逆的破坏性过程 产品击穿 就失效 失去使用价值 击穿 电击穿 热击穿 老化击穿1 电击穿 快速过程有明显的击穿点 是自身的庇点造成定义 在外电场的作用下 由于介质内部的微观结构被破坏或介质边缘放电使电子电导增大 发生短路的放电现象 称为电容器的电击穿 在温度不太高 介质损耗不大的介质中 主要是电击穿 与氧化膜孔洞 庇点 导电杂质有关 电解电容器的失效分析 2 热击穿 缓慢过程 有时无明显的击穿点 是环境温度超过 瞬时冲击电流大 外界因素 电解液蒸汽压 膨胀 击穿 定义 电容器在使用过程中 局部过热使热平衡破坏发生的短路现象 称为电容器的热击穿 平衡 单位时间内损耗产生的热量等于沿电容向周围环境中散发的热量 就没有热量积累 不会击穿 不平衡 即电容器的热量来不及向外扩散T tg T 特点 1 温度上升快 击穿电压迅速下降 2 加压时间越长 升压速度越快 击穿电压越低 3 环境温度高 散热条件越差 击穿电压越低 电解电容器的失效分析