Sebuah artikel memberi Anda pemahaman menyeluruh tentang kapasitor elektrolit aluminium

1. pengantar

Kapasitor elektrolit aluminium saat ini merupakan berbagai macam kapasitor selain kapasitor keramik. Karena itu, sebagai insinyur perangkat keras, Anda harus menguasai karakteristiknya.

Berdasarkan pengalaman kami sendiri, kami telah merangkum dokumen ini untuk kebutuhan dan kesulitan desain perangkat keras dengan berkonsultasi dengan berbagai bahan. By writing documents, Menerapkan tegangan balik akan menyebabkan reaksi kimia dari foil katoda kapasitor, pelajari yang baru dengan meninjau masa lalu, dan juga semoga bermanfaat bagi para pembaca, sehingga semua orang dapat belajar dan membuat kemajuan bersama.

2. Ikhtisar kapasitor elektrolit aluminium

2.1, model dasar

Kapasitor adalah perangkat pasif. Di antara berbagai kapasitor, aluminum electrolytic capacitors have a larger CV value and a cheaper price when the same size is compared with other capacitors. The basic model of the capacitor is shown in the figure.

Rumus perhitungan kapasitas elektrostatik adalah sebagai berikut::

Diantara mereka, adalah konstanta dielektrik, S adalah luas permukaan kedua pelat kutub yang saling berhadapan, dan d adalah jarak antara dua pelat kutub (ketebalan dielektrik).

Dapat dilihat dari rumus bahwa kapasitas elektrostatik sebanding dengan konstanta dielektrik, and the surface area of ​​the plate is inversely proportional to the distance between the two plates. As the dielectric constant of the dielectric oxide film (Al2O3) kapasitor elektrolit aluminium biasanya 8 ~ 10, nilai ini umumnya tidak lebih besar dari jenis kapasitor lainnya, tetapi dengan mengetsa aluminium foil untuk memperbesar luas permukaan, dan menggunakan perlakuan elektrokimia untuk mendapatkan yang lebih tipis Lapisan dielektrik teroksidasi yang lebih tahan tegangan memungkinkan kapasitor elektrolit aluminium untuk mencapai nilai CV yang lebih besar per satuan luas daripada kapasitor lain.

Komponen utama kapasitor elektrolit aluminium adalah sebagai berikut::

Menerapkan tegangan balik akan menyebabkan reaksi kimia dari foil katoda kapasitor

Dielektrik—Film oksida (Al2O3) terbentuk pada permukaan anoda aluminium foil

Katoda—Katoda sebenarnya adalah elektrolit

Komponen lain termasuk kertas elektrolit yang diresapi dengan elektrolit, and cathode foil connected to the electrolyte. Status W mengacu pada status perlakuan panas larutan, aluminum electrolytic capacitors are components with polar asymmetric structure. Both electrodes use anode aluminum foil is a bipolar (non polar) kapasitor.

2.2. Struktur dasar

Struktur elemen kapasitor elektrolit aluminium ditunjukkan pada gambar. Itu terbuat dari anoda foil, kertas elektrolit, foil katoda dan terminal (terminal internal dan eksternal) luka bersama, diresapi dengan elektrolit, dan dikemas ke dalam kotak aluminium, dan kemudian disegel dengan karet.

2.3, karakteristik bahan

Aluminium foil kapasitor adalah bahan utama kapasitor elektrolit aluminium. Aluminium foil diatur sebagai anoda. Setelah listrik diberi energi dalam elektrolit, film oksida (Al2O3) akan terbentuk pada permukaan aluminium foil. Film oksida ini berfungsi sebagai dielektrik.

Aluminium foil setelah film oksida terbentuk adalah logam dengan sifat penyearah dalam elektrolit, seperti dioda, yang disebut logam katup.

Aluminium foil anoda

Pertama, untuk memperluas luas permukaan, the aluminum foil material is placed in an aqueous chloride solution for electrochemical etching. Penyebab dan pengobatan non-pewarnaan pelat aluminium, setelah menerapkan tegangan lebih tinggi dari tegangan pengenal dalam larutan amonium borat, lapisan oksida dielektrik (Al2O3) terbentuk pada permukaan aluminium foil. Lapisan dielektrik ini adalah film oksida yang sangat tipis dan padat, sekitar 1.1~1.5nm/V, and the insulation resistance is about It is 10^8~10^9Ω/m. The thickness of the oxide layer is proportional to the withstand voltage.

Aluminium foil katoda

Seperti foil anoda, aluminium foil katoda juga memiliki proses etsa, but there is no oxidation process. Karena itu, hanya ada sedikit oksidasi alami (Al2O3) pada permukaan aluminium foil katoda, dan tegangan yang dapat ditahannya hanya sekitar 0,5V.

Elektrolit

Elektrolit adalah cairan yang menghantarkan listrik oleh ion. It is a cathode in the true sense and serves as a dielectric layer that connects the surface of the anode aluminum foil. The cathode aluminum foil, seperti kolektor, acts as a connection between the real cathode and the internal circuit. Electrolyte is the key material that determines the characteristics of capacitors (karakteristik suhu, karakteristik frekuensi, kehidupan pelayanan, dll.).

kertas elektrolit

Kertas elektrolit terutama berperan dalam menyeimbangkan distribusi elektrolit dan menjaga celah antara foil katoda dan foil anoda..

2.4. Proses produksi

Etsa (memperluas luas permukaan)

The effect of etching is to enlarge the surface area of ​​the aluminum foil. Etching is an electrochemical process in which alternating or direct current is applied to a chloride solution.

Pembentukan (pembentukan lapisan dielektrik)

Formasi adalah proses pembentukan lapisan dielektrik (Al2O3) on the surface of the anode aluminum foil. Umumnya, aluminium foil yang terbentuk digunakan sebagai anoda.

Tanaman

Sesuai dengan persyaratan ukuran produk yang berbeda, potong aluminium foilnya (foil katoda dan foil anoda) dan kertas elektrolit ke ukuran yang dibutuhkan.

Lekok

Masukkan kertas elektrolit di antara foil katoda dan foil anoda, dan kemudian gulung menjadi bentuk silinder. Dalam proses berliku, foil katoda dan foil anoda terhubung ke terminal.

impregnasi

Impregnation is the process of immersing the element into the electrolyte. The electrolyte can further repair the dielectric layer.

segel

Penyegelan adalah proses memasukkan elemen ke dalam cangkang aluminium dan kemudian menyegelnya dengan bahan penyegel (karet, penutup karet, dll.).

penuaan (direformasi menjadi)

Aging is the process of applying voltage to the sealed capacitor at a high temperature. This process can repair some damage to the dielectric layer during the cutting and winding process.

Inspeksi penuh, kemasan

Setelah penuaan, all products will be checked for electrical characteristics. And for terminal processing, braiding and so on. Pack it.

3. Karakteristik dasar

3.1, kapasitas elektrostatik

Semakin besar luas permukaan elektroda, semakin besar kapasitas (kemampuan untuk menyimpan muatan). The capacitance value of aluminum electrolytic capacitor is the value tested under the condition of 20℃, 120Arus bolak-balik Hz / 0,5V.

Saat suhu meningkat, kapasitas meningkat; saat suhu menurun, kapasitas berkurang.

Semakin tinggi frekuensi, semakin kecil kapasitasnya; semakin kecil frekuensinya, semakin besar kapasitas.

3.2, sudut kehilangan

Rangkaian ekivalen kapasitor elektrolit ditunjukkan pada gambar di atas (mengabaikan resistansi isolasi). Ketika frekuensi 120Hz (sudut rugi nominal kapasitor umum diukur pada frekuensi ini), frekuensinya sangat rendah relatif terhadap induktansi seri ekivalen L, jadi bisa diabaikan L, model sudut kerugian adalah sebagai berikut::

Rumus sudut kerugian dapat diperoleh:

Hubungan antara sudut kehilangan dan suhu ditunjukkan pada gambar di bawah ini. Semakin tinggi suhu, semakin kecil sudut kerugian.

Pada suhu rendah, dapat dilihat bahwa sudut kerugian menjadi jauh lebih besar. Dia 0.05 pada 20 °C dan 0.09 pada -40 ° C. Menurut rumus, ESR meningkat hampir dua kali lipat.

3.3, kebocoran arus

Arus bocor adalah salah satu karakteristik kapasitor elektrolit aluminium. Ketika tegangan DC diterapkan, lapisan oksida dielektrik memungkinkan arus kecil mengalir. This part of the small current is called leakage current. The ideal capacitor will not produce leakage current (tidak seperti arus pengisian, arus ini akan terus ada bahkan jika tegangannya konstan).

Arus bocor akan berubah seiring waktu, seperti yang ditunjukkan pada gambar, it will reach a stable value after decreasing with time. Karena itu, nilai spesifikasi arus bocor adalah nilai yang diukur setelah menerapkan tegangan pengenal untuk jangka waktu tertentu pada 20°C.

Ketika suhu meningkat, arus bocor meningkat; saat suhu turun, arus bocor berkurang, dan tegangan yang diberikan berkurang, dan nilai arus bocor juga berkurang.

3.4. Kurva frekuensi-impedansi

Menurut modelnya, impedansi kompleks kapasitor adalah:

Modulus impedansi: 28

Gambarkan kurva frekuensi impedansi seperti yang ditunjukkan di bawah ini::

1/C adalah reaktansi kapasitif, and the straight line of capacitive reactance in the figure is angled at 45° downward. ωL is the inductive reactance, and its straight line forms an angle of 45° to the upper right corner. R represents equivalent series resistance. In the low frequency range, pengaruh kehilangan dielektrik yang bergantung pada frekuensi adalah besar, so the R curve is downward. In the high frequency range, nilai resistansi elektrolit dan kertas elektrolit mendominasi dan tidak lagi dipengaruhi oleh frekuensi, sehingga nilai R cenderung stabil.

4. Parameter kapasitor elektrolit aluminium biasa

Pabrikan umumnya memiliki berbagai rangkaian kapasitor elektrolitik, ESR rendah, panjang umur, and high temperature. The ordinary products are performance, Ya, suhu umum dan parameter kehidupan adalah 85℃/105℃-1000h/2000h. Bagian ini juga tentang kapasitor elektrolit aluminium jenis ini.

5. Kapasitor elektrolit aluminium berkualitas tinggi

Kapasitor elektrolit aluminium berkualitas tinggi di sini relatif terhadap kapasitor elektrolit aluminium biasa. Dalam beberapa acara khusus, ordinary aluminum electrolytic capacitors cannot meet our requirements. Faktanya, produsen kapasitor elektrolit aluminium biasanya menyediakan beberapa seri model. Yang berkualitas tinggi terutama dibagi menjadi tiga kategori: tahan suhu tinggi, panjang umur, dan impedansi rendah.

Gambar berikut menunjukkan daftar kapasitor elektrolit aluminium Panasonic.

Umur panjang bisa mencapai 5000 jam, dan suhu tinggi bisa mencapai 125.

6. Tegangan tidak normal

Penerapan tegangan abnormal akan menyebabkan panas dan gas di dalam kapasitor untuk meningkatkan tekanan internal, dan peningkatan tekanan akan menyebabkan katup terbuka atau kapasitor rusak.

6.1, tegangan berlebih

Menerapkan tegangan lebih tinggi dari tegangan pengenal akan menyebabkan reaksi kimia dari anoda foil (pembentukan dielektrik), menghasilkan peningkatan yang cepat dalam arus bocor, yang akan menghasilkan panas dan gas, dan tekanan internal juga akan meningkat.

Reaksi kimia ini akan dipercepat dengan kenaikan tegangan, saat ini, and ambient temperature. As the internal pressure increases, the capacitor will open the valve or be damaged. It may also cause the capacitor capacity to decrease, sudut kerugian dan arus bocor meningkat, yang dapat menyebabkan kapasitor korsleting.

6.2 Tegangan terbalik

Menerapkan tegangan balik akan menyebabkan reaksi kimia dari foil katoda kapasitor. Seperti menerapkan tegangan yang berlebihan, itu akan menyebabkan arus bocor meningkat dengan cepat, dan panas dan gas akan dihasilkan di dalam kapasitor, yang akan menyebabkan tekanan internal meningkat.

Reaksi kimia ini akan dipercepat dengan kenaikan tegangan, saat ini, and ambient temperature. Pada waktu bersamaan, kapasitas elektrostatik berkurang, sudut kerugian meningkat, dan arus bocor meningkat.

Menerapkan tegangan balik sekitar 1V akan menyebabkan penurunan kapasitas; menerapkan tegangan balik 2V-3V akan menyebabkan penurunan kapasitas, an increase in loss angle/or an increase in leakage current and shorten the life of the capacitor. If a larger reverse voltage is applied, katup akan terbuka atau kapasitor akan rusak.

7. Mulai ulang tegangan

Isi daya kapasitor elektrolit aluminium, hubungan arus pendek terminalnya, dan kemudian buka saluran hubung singkat dan biarkan selama beberapa waktu, the voltage between the two terminals will rise again. The voltage at this time is called the restart voltage.

Setelah tegangan diterapkan ke dielektrik, perubahan listrik terjadi di dalam dielektrik, and the surface of the dielectric carries the applied voltage and positive and negative reverse charges. (Polarisasi) Karena kecepatan polarisasi cepat atau lambat, setelah menerapkan tegangan, atur tegangan antara terminal ke 0V, buka jalurnya, dan letakkan. Potensi reaksi polarisasi lambat menghasilkan tegangan antara terminal.

Perubahan waktu dari tegangan restart ditunjukkan pada gambar. Nilai puncak tercapai setelah sekitar 10-20 hari setelah dua terminal dibuka, and then gradually decreases. Tambahan, nilai daya kebangkitan produk besar (jenis terminal sekrup:, jenis papan mandiri) cenderung meningkat.

Setelah tegangan ulang terjadi, jika kedua terminal secara tidak sengaja mengalami hubungan arus pendek, penyalaan akan membawa rasa teror ke pekerja lini produksi, and the low-voltage driving elements such as the circuit's CPU and memory may also be damaged. As a preventive measure, tolong keluarkan akumulasi muatan dengan resistansi sekitar 100 ke 1K ohm sebelum digunakan.

8. Kehidupan kapasitor elektrolit aluminium

8.1. Prinsip perhitungan kehidupan

Kehidupan kapasitor elektrolit aluminium umumnya dipengaruhi oleh fenomena bahwa elektrolit menguap di luar melalui segel, yang dimanifestasikan sebagai penurunan kapasitas elektrostatik dan peningkatan nilai tangen kerugian.

Menerapkan tegangan balik akan menyebabkan reaksi kimia dari foil katoda kapasitor:

k adalah: kecepatan reaksi kimia

A: Faktor frekuensi

E: Energi aktivasi

R: konstanta gas

T: suhu

Rumus ini menggambarkan hubungan logaritmik antara laju reaksi kimia (tingkat kehilangan elektrolit) and temperature. The temperature is determined by the ambient temperature of the aluminum electrolytic capacitor and the ripple current. Karena itu, suhu sekitar dan arus riak menentukan masa pakai kapasitor elektrolitik aluminium.

Rumus masa pakai aktual kapasitor elektrolit aluminium adalah sebagai berikut: (kapasitor yang berbeda memiliki beberapa perbedaan, hanya untuk referensi):

Lx adalah kehidupan pelayanan.

Lo adalah nilai seumur hidup yang dijamin (seumur hidup dinyatakan dalam spesifikasi).

To adalah suhu kerja (batas atas suhu dalam spesifikasi).

Tx adalah suhu lingkungan yang sebenarnya, suhu ambien aktual dari kapasitor elektrolit aluminium.

Menerapkan tegangan balik akan menyebabkan reaksi kimia dari foil katoda kapasitor: setiap kali suhu operasi kapasitor meningkat 10 ° C, umur kapasitor menjadi dua kali lipat