電解電容器的基礎知識

本文主要介紹電解電容器的基礎知識，包括其參數、分類、應用等。

電解電容器是按結構和制造工藝劃分的一種電容器。一般來說，電解電容是極化電容。電解電容器的陽極采用可鈍化的金屬材料，如鋁、鉭、鈮、鈦等，介質材料是陽極金屬材料表面形成的致密氧化膜。電解電容器的陰極采用電解質。電解電容器的主要特點是它們可以獲得比普通電容器大得多的電容（假設耐受電壓相同）。電解電容器因其使用電解質作為陰極而得名。

— 額定電容

額定電容是電容器上標注的電容值。

— 基本單位

電容器的基本單位是法拉（F），但這個單位太大，實際使用中無法使用。

其他單元之間的關系如下：

1F=1000mF

1mF= 1000μF

1 μF = 1000nF

1nF=1000pF

—準確性

實際電容與額定電容之間的偏差稱為誤差，精度是在允許偏差范圍內的誤差。

精度等級與允許偏差的對應關系為：00(01)-±1%、0(02)-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、Ⅳ -(+20%-10%)、Ⅴ-(+50%-20%)、Ⅵ-(+50%-30%)

普通電容器常為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級，電解電容器常為Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級。

—標稱電壓

標稱電壓是指在最低環境溫度和額定環境溫度下，可連續施加于電容器的直流電壓的最大有效值。一般直接標在電容器外殼上。如果工作電壓超過電容器的耐受電壓，它們將被擊穿并造成不可修復的永久性損壞。

—絕緣電阻

對電容器施加直流電壓并產生漏電流。直流電壓與漏電流之比為絕緣電阻。

當電容較小時，絕緣電阻主要取決于電容器的表面狀態。當容量>0.1uf時，主要看介質的性能。絕緣電阻越大越好。

——時間常數

引入時間常數來評估大電容器的絕緣性。它等于絕緣電阻乘以電容的結果。

—損失

在電場作用下，電容器單位時間內因發熱而消耗的能量稱為損耗。各種電容器都規定了自己在一定頻率范圍內的允許損耗值。電容器的損耗主要是由電容器所有金屬部分的電介質、電導損耗和電阻引起的。

在直流電場的作用下，電容器的損耗以漏電損耗的形式存在，一般較小。在交變電場作用下，電容器的損耗不僅與漏導有關，還與周期性極化建立過程有關。

—頻率

隨著頻率的增加，一般來說，電容器的電容量會減小。

—極性和電路符號

—等效電路

漏電：漏電電阻

ESR：等效串聯電阻

ESL：等效串聯電感

預期壽命：電解電容器在最高工作溫度下連續工作的持續時間。

lx=lo*2(to-ta)/10

lx=實際工作壽命

lo=保修期

to=最高工作溫度

ta=電容器的實際工作溫度

電解電容一般分為鋁電解電容、鉭電解電容和鈮電解電容三大類。

2.1.1 介紹

鋁電解電容器是極化電解電容器。它們的陽極由鋁箔制成，表面蝕刻。鋁箔上涂有一層薄薄的氧化鋁絕緣層，是電容器的電介質。氧化鋁涂有非固體電解質，這是電容器的陰極 (-)。還有一層鋁箔，稱為“陰極鋁箔”，與電解液接觸，與電容器的負極相連。

鋁電解電容器按其電解液的種類可分為三類：非固體鋁電解電容器；電解液為固體二氧化錳的固體鋁電容器；電解質為固體聚合物的聚合物電容器。

非固體鋁電解電容器是最便宜的一種，具有最廣泛的尺寸、電容和電壓等級。它們的最小電容為 0.1μF，最大為 270 萬 μF (2.7 F)，電壓范圍為 4 V 至 630 V。液體電解質提供所需的氧氣，因為介電氧化物層會自行恢復。但是電解液會蒸發并且干燥過程隨溫度變化，導致電氣參數漂移并限制電容器的壽命。

人的結構UMIN鎓電解電容

2 . 1.2優缺點

好處

—鋁電解電容器價格便宜，容量大，可用于低頻濾波。

—它們的能量密度高于薄膜電容器和陶瓷電容器。

—它們的功率密度高于雙層電容器。

—峰值電流沒有限制。

—外觀款式多樣，定制壽命、使用溫度、電氣參數等變化多端。

—有很多鋁電解電容器制造商。

缺點

—鋁電解電容器的壽命受到電解液蒸發的限制。

—鋁電解電容器對機械應力敏感。

—鋁電解電容器對鹵化物污染很敏感。

2.1.3應用

鋁電解電容器通常用于許多電氣設備的電源、開關電源和DC-DC轉換器。它們還用于許多工業電源轉換器和變頻器。一些特殊的電容器用于儲能，如頻閃燈、閃光燈或音頻中使用的頻率耦合器件。

鋁電解電容器由于其陽極氧化而成為極化電容器。它們只能與正確極性的直流電一起使用。如果將它們連接到與直流電或交流電相反的極性上，它們會因短路而損壞。唯一的例外是雙極鋁電解電容器，可用于交流電。

2.2.1簡介

鉭電解電容器的陽極由鉭顆粒制成，外覆絕緣氧化物作為電介質，周圍環繞著作為陰極的液體或固體電解質。由于鉭電解電容器介電層薄，容性高，其單位體積的電容量比普通電容器和其他電解電容器大。

目前鉭電解電容器主要分為燒結固體、箔狀繞組固體和燒結液體三種，其中燒結固體占總產量的95%以上，主要種類為非金屬密封樹脂封裝。

鉭電解電容器的工作介質是在鉭表面形成的極薄的五氧化二鉭薄膜。這層氧化膜介質與電容器的一端是一體的，不能單獨存在。因此，單位體積的電容特別大。即比容量非常高，所以特別適合小型化。

鉭電解電容器在工作過程中，具有自動修復或隔離氧化膜中缺陷性能的能力，使氧化膜介質得到強化，隨時恢復其應有的絕緣能力，而不會遭受連續的累積損壞。這種獨特的自愈能力保證了它們的長壽命和可靠性優勢。電容器具有單向導電性，即具有“極性”。

應用時，應按電源的正負方向接通電流。電容器的陽極接電源的“+”極，陰極接電源的“-”極。如果電容器斷開，不僅不起作用，而且漏電流會很大。結果，核心會在短時間內升溫，損壞氧化膜，然后使其失效。

2.2.2 優缺點

好處

—體積小

由于鉭電解電容器由鉭粉制成，鉭氧化膜的介電常數比氧化鋁膜的介電常數高17，因此鉭電容器單位體積的電容量更大。

寬工作溫度范圍

一般鉭電解電容器在-50℃~100℃的溫度下都能正常工作。雖然鋁電解電容也可以在這個溫度范圍內工作，但其性能遠不如鉭電解電容。

—性能

鉭電解電容器中的鉭氧化膜介質不僅耐腐蝕，而且使用壽命長、絕緣電阻高、漏電流低、長期使用性能好。

—阻抗頻率

固態電解電容可以工作在50kHz以上的頻率。鉭電解電容器的電容量隨著頻率的增加而減小，但減小的程度很小。數據顯示，工作在10kHz時，鉭電解電容器的電容量下降不到20%，而鋁電解電容器的電容量下降了40%。

—高可靠性

氧化鉭膜的化學性質穩定。由于鉭2 ? 5 ，鉭陽極的襯底能承受強酸，強堿，鉭電解電容器可以使用固體電解質或液體電解質具有非常低的電阻率的含有酸。因此，鉭電解電容的損耗比鋁電解電容小。

缺點

由于鉭電解電容器不使用電解質作為介質，因此與其他類型的電容器相比，鉭電解電容器價格昂貴且容量有限。

2.2.3應用

鉭電解電容器形狀多樣，易于制作成適合表面貼裝的小型元件，滿足電子技術自動化和小型化的需要。雖然鉭資源稀缺，鉭電解電容器價格相對昂貴，但由于高比容量鉭粉（30kuF.g-100kuF.V/g）的大量采用以及電容器制造技術的改進和完善，鉭電解電容器得到了迅速發展開發和使用的范圍越來越廣。

鉭電解電容器不僅廣泛應用于軍事通訊、航空航天，還廣泛應用于工業控制、影視設備、通訊儀器等產品。此外，由于鉭電解電容器具有儲存電量、充放電等功能，因此也用于濾波、儲能與轉換、標記旁路、耦合與去耦，并用作時間常數元件。

2.3.1簡介

鈮電解電容器是極化電容器。它們的陽極 (+) 是鈍化的鈮或氧化鈮，絕緣的五氧化二鈮作為鈮電容器的電介質。氧化層的表面是一層固體電解質，它是鈮電解電容器的陰極（-）。

鈮電解電容器的結構

早在1960年代，以美國和蘇聯為首的許多國家就開始了鈮電解電容器的研究。但在研究過程中，五氧化二鈮介電薄膜因熱和電應力受到嚴重破壞，導致電容器漏電流大，故障率高。90年代以來，隨著粉體生產技術的不斷進步，鈮粉的電性能有了很大的提高，為鈮電解電容器的發展奠定了堅實的基礎。

新型鈮電解電容器性能好，價格低廉，受到世界各國的廣泛關注。鈮電解電容器的制備必須滿足以下要求： 1.避免鈮陽極氧過飽和，即必須防止低氧化物的形成；2、抑制氧通過Nb 2 O 5 膜和Nb/Nb 2 O 5 界面遷移；3、保證介質層的熱穩定性。英國AVX公司提供鈮電解電容器樣品，其電容范圍為100-470μF，工作溫度高達105℃。

美國Kemet、日本NEC等全球鉭電解電容器龍頭企業，都在積極開發鈮電解電容器。俄羅斯在前蘇聯研究的基礎上不斷進行研究，在這方面也處于較高水平。

此外，還有鉭鈮合金電解電容器，其陽極由鉭鈮合金粉末燒結而成。而介質是在正極表面化學形成的氧化膜。此類電解電容的性能僅次于鉭電解電容，優于鋁電解電容。由于鈮資源豐富，價格適中，這種合金電容器具有廣闊的發展前景。

2 .3 .2 優缺點

好處

—同等電容量下，鈮電解電容器的介電常數是鉭電解電容器的兩倍。

—鈮電解電容器的化學穩定性優于鋁電解電容器。

—漏電流和損耗小。

缺點：

鈮電解電容器還可以在其表面形成介電氧化膜。鈮電解電容器最大的問題是熱和電應力對介質氧化膜的破壞會導致漏電流增加和電容器失效。

2.3.3應用

鈮電解電容器已進入高比容量電容器市場，其容量/電壓范圍與普通鉭電解電容器相似，等效串聯電阻特性與標準鉭電解電容器相似。鈮電解電容價格低廉，性能穩定，可替代部分鉭電解電容、陶瓷電容和鋁電容。鈮電容不易因著火而擊穿，保證了電路的安全。

鈮電解電容器的高漏電流對于大多數應用來說不是問題，因為最大剩余電流遠低于 50μA。例如，在個人電腦（PCS）的使用中，這個數字與微處理器的總功耗相比是很小的，并沒有太大的區別。壽命試驗證明，鈮電解電容器的電容量是穩定的，漏電流隨時間不斷增加，但增長速度下降，出現飽和狀態，這是由于鈮陽極氧化膜的不穩定性造成的。

鈮電解電容器經過改進，可避免形成低價氧化物并穩定電介質氧化膜。隨著電子電路和電子工業的發展，鈮電解電容器將作為一種新型電容器引入市場，開拓其應用領域。

——電解電容器單位體積的電容量非常大，比其他種類的電容器大幾十到幾百倍。

—額定電容可以非常大，很容易達到幾萬μf甚至幾μf。

—電解電容器的價格絕對優于其他種類，因為電解電容器是由普通的工業材料制成的，例如鋁。用于制作電解電容器的設備是普通設備，可以以相對較低的成本進行批量生產。

——電路中電解電容的實際電壓不應超過其耐壓值。使用電解電容時要注意正負極不能接反。在電源電路中，當輸出正電壓時，電解電容的正極接電源的輸出端，負極接地。當輸出電壓為負時，陰極接輸出端，陽極接地。不同的電路應使用不同類型的電容器。

在將電容器裝入電路之前，請確保沒有短路、開路和漏電等情況，并應檢查電容值。安裝時，要容易看到電容器的型號、容量、耐壓等符號，以便驗證。

—當電源電路中濾波電容的極性接反時，電容的濾波效果會大大降低。一方面造成電源的輸出電壓波動，另一方面相當于電阻的電解電容被反向電流加熱。當反向電壓超過一定值時，電容器的反向漏電阻變得很小，這將導致電容器在通電后不久因過熱而爆裂和損壞。

——施加在電解電容器兩端的電壓不得超過其允許的工作電壓。在實際電路的設計中，應根據具體情況有一個允許的電壓范圍。在設計穩壓電源濾波電容時，如果交流電源電壓為220V，變壓器從屬整流電壓可達22V，PCB圖紙設計中耐壓為25V的電解電容一般可以滿足要求. 但如果交流電源電壓波動較大，可能上升到250V以上，最好選擇能承受30V以上的電解電容。

—電解電容不要靠近電路中的大功率發熱元件，以免電解液受熱迅速干涸。

—對于正負極性的濾波器，可將兩個極性相同的電解電容串聯，構成無極性電容。

—電容器外殼、輔助引線端子必須與正負極和電路板完全隔離。

1 、電解電容有什么用？

電解電容器由于其大容量和小尺寸，通常用于直流電源電路，以幫助降低紋波電壓或用于耦合和去耦應用。

2、電解電容和非電解電容有什么區別？

由于電解液，電解電容器是單極的，就像電池一樣。非電解質是雙極性的，因為它由介電材料而不是電解質組成。

3、如何鑒別電解電容？

許多最近的電容器都標有實際的 + 和 - 符號，這使得確定電容器的極性變得容易。電解電容器極性標記的另一種格式是在組件上使用條紋。在電解電容器上，條紋表示負極。

4、電解電容失效怎么辦？

電解電容失效的原因有很多，如焊接過程中的高溫、紋波引起的內部功耗等、環境溫度高、反向電壓、電壓瞬變等。高溫會導致電容器內部產生熱點并導致其失效。

5、電解電容和陶瓷電容有什么區別？

電解電容器非常適合以低成本獲得大電容值，但是它們具有較大的 ESR 和 ESL。陶瓷電容器具有非常低的 ESR 和 ESL，這使得它們非常適合瞬態性能，但它們在電容器尺寸上有限制。