Войти
Алюминиевые электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом имеют диапазон стилей, размеров и серий Алюминиевые конденсаторы представляют собой поляризованные электролитические конденсаторы, у которых анод электрод (+) изготовлен из чистой алюминиевой фольги с протравленным поверхностью. Алюминий образует очень тонкий изолирующий слой оксида алюминия путем анодирования, который действует как диэлектрик конденсатора. Нетвердый электролит покрывает шероховатую поверхность оксидного слоя, в принципе служа вторым электродом (катодом ) (-) конденсатора. Вторая алюминиевая фольга, называемая «катодной фольгой», контактирует с электролитом и электрическим соединением с отрицательной клеммой конденсатора.
Алюминиевые электролитические конденсаторы делятся на три подсемейства по типу электролита:
Алюминиевые электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом наиболее недорогим типом, а также имеют самый широкий диапазон размеров, емкости и значений. Они изготавливаются со значениями емкости от 0,1 мкФ до 2 700 000 мкФ (2,7 Ф) и номинальными значениями напряжения от 4 В до 630 В. Жидкий электролит обеспечивает кислород для восстановления или самовосстановления диэлектрического оксидного слоя. Однако он может испаряться в результате процесса сушки, зависящего от температуры, что приводит к изменению электрических параметров, ограничивая срок службы конденсаторов.
Из-за их относительно высоких значений емкости электролитические конденсаторы имеют низкие значения импеданса даже на более низких частотах, таких как частота сети. Они обычно используются в источниковх питания, импульсных источников питания и преобразователя постоянного тока в постоянный для сглаживания и буферизации выпрямленных напряжений постоянного тока во многих электронных устройствах, а также в промышленных источников питания и преобразователя частоты в качестве конденсаторов промежуточного контура для приводов, инверторов для фотоих и преобразователей в ветряных электростанциях. Специальные типы используются для накопления энергии, например, в приложениях фотовспышка или стробоскоп или для передачи сигнала в аудиоприложениях.
Алюминиевые электролитические конденсаторы используются поляризованными конденсаторами из-за их принципа анодирования. Они могут работать только с напряжением постоянным током, приложенным с соблюдением полярности. Использование с неправильной полярностью или с напряжением переменного тока приводит к короткому замыканию и может разрушить компонент. Исключением является биполярный алюминиевый электролитический конденсатор, который имеет конфигурацию, состоящую из двух анодов в одном корпусе, и может быть в системе переменного тока.
Основной принцип анодного окисления, при котором при приложении напряжения к источнику тока оксидный слой образует сформированные на металлическом аноде В электролитических конденсаторах используются химические свойства некоторых металлов, ранее называвшихся «вентильными металлами». Приложение положительного напряжения к материалу анода в электролитической ванне формирует изолирующий оксидный слой с толщиной, приложенному напряжению. Этот оксидный слой действует как диэлектрик в электролитическом конденсаторе. Свойства этого слоя оксида алюминия по сравнению с диэлектрическим слоем слоем в следующей таблице:
| Материал анода -. | Диэлектрик | Структура оксида. | Относительная. диэлектрическая проницаемость | Пробой. напряжение. (В / мкм) | Электрический слой., толщина. (нм / В) |
|---|---|---|---|---|---|
| Алюминий | Оксид алюминия Al 2O3 | аморфный | 9,6 | 710 | 1,4 |
| кристаллический | 11.6…14.2 | 800...1000 | 1,25... 1,0 | ||
| Тантал | Пентоксид тантала Ta 2O5 | аморфный | 27 | 625 | 1,6 |
После образования диэлектрического оксида на шероховатых структурах анода противоэлектрод должен совпадать с шероховатой изолирующей поверхностью оксида. Это обеспечивается электролитом, который действует как катодный электрод электролитического конденсатора. Электролиты могут быть «нетвердыми» (влажными, жидкими) или «твердыми». Нетвердые электролиты как жидкая среда, обладающая ионной проводимостью, обусловленная движущимися ионами, относительно нечувствительны к скачкам или скачкам тока. Твердые электролиты обладают электронной проводимостью, что делает твердые электролитические конденсаторы чувствительными к скачкам напряжения или скачкам тока.
Анодный изолирующий оксидный слой разрушается при изменении полярности приложенного напряжения.
Диэлектрический материал помещается между двумя проводящими пластинами (электродами), каждую площадь A, и с разделением d.Каждый электролитический конденсатор в принципе образует «пластинчатый конденсатор», емкость которого больше чем больше площадь А электрода и диэлектрическая проницаемость ε, и тем тоньше толщина (d) диэлектрика.
Емкость пропорциональна произведению площади одной пластины на диэлектрическую проницаемость, делится на толщину диэлектрика.
Электролитические конденсаторы получают свои большие значения емкости за счет большой площади и небольшие толщины диэлектрика. Толщина диэлектрика электролитических конденсаторов очень мала, в диапазоне нано метров на вольт, но прочность этих оксидных слоев по напряжению довольно высока. Все протравленные или спеченные аноды имеют большую поверхность по сравнению с гладкой поверхностью той же площади. Это увеличивает значение емкости до 200 раз для алюминиевых электролитических конденсаторов.
Открытая обмотка конденсатора с соединенными фольгами
Увеличенное поперечное сечение конструкции алюминиевого электролитического конденсатора, показывающее анодную конструкцию оксидного конденсатора с фольгуем конденсатора с оксидным слоем, бумажную прокладку, пропитанную электролитом, и катодную фольгу
Конструкция тип одностороннего алюминиевого электролитического конденсатора с нетвердым электролитом
Алюминиевый электролитический конденсатор с нетвердым электролитом всегда из двух алюминиевых фольг, механически разделенных прокладкой, в основном бумажной, которая насыщена жидким гелеобразным электролитом. Одна из алюминиевых фольг, анод, протравливается (шероховатость) для увеличения поверхности и окисляется (формируется). Вторая алюминиевая фольга, называемая «катодной фольгой», служит для электрического контакта с электролитом. Бумажный разделитель механически разделяет фольгу, чтобы избежать прямого контакта с металлом. И фольга, и прокладка наматываются, а обмотка пропитывается жидким электролитом. Электролит, который служит катодом конденсатора, идеально покрывает протравленную шероховатую покрытый оксидным слоем на аноде и делает увеличенную поверхность анода эффективной. После пропитки пропитанная обмотка помещается в алюминиевый корпус и герметизируется.
По конструкции нетвердый алюминиевый электролитический конденсатор имеет вторую алюминиевую фольгу, так называемую катодную фольгу, для контакта с электролитом. Такая структура алюминиевого электролитического конденсатора дает характерный результат, потому что вторая алюминиевая (катодная) фольга также покрыта изолирующим оксидным слоем, естественно образованным воздухом. Следовательно, конструкция электролитического конденсатора состоит из двух отдельных соединенных конденсаторов с емкостью C A анода и емкостью C K катода. Общая емкость C e-cap, таким образом, получается по формуле последовательного соединения двух конденсаторов:
Отсюда следует, что общая емкость конденсатора C e-cap в основном определяется емкостью C A анода, когда емкость C K катода очень велика по с емкостью C A анода. Это требование предъявляется, когда емкость C K катода приблизительно в 10 раз превышает емкость C A анода. Это может быть достигнуто посредством естественного оксида на поверхности катода магнитное сопротивление напряжению 1,5 В и, следовательно, очень легко.
Хотя настоящая статья в основном относится только к алюминиевым электролитическим конденсаторам с нетвердым электролитом, дается обзор различных типов алюминиевых электролитических конденсаторов. здесь, чтобы различать различия. Алюминиевые электролитические конденсаторы делятся на два подтипа в зависимости от того, используют ли они системы с жидким или твердым электролитом. Различные системы электролита могут быть изготовлены из множества различных материалов, они включают в себя другие подтипы.
Al-e-cap с нетвердым электролитом
Al-e-cap с твердым оксидом марганца электролит, графит / серебро атодное соединение
Al-e-крышка с полимерным электролитом
Al-e-крышка с полимерным электролитом, катодное соединение графит / серебро
Al-e-крышка с полимером и нетвердым электролитом (гибридный полимер)
Описание материалов
В представленной таблице представлены основные характеристики различных типов алюминиевых электролитических конденсаторов.
| Электролит | Диапазон емкости. (мкФ) | Номинальное. напряжение. диапазон. (В) | Типичное. ESR. 100 кГц, 20 ° C. (мОм) | Типичное. пульсирующий ток. 100 кГц, 105 ° C. ( мА) | Ток утечки. через 2 минуты. при 10 В. (мкА) |
|---|---|---|---|---|---|
| Нетвердые. бура или органические вещества | 0,1–2 700 000 | 4–630 | 800 | 130 | <10 |
| Не твердая. на водной основе. | 1–18000 | 4–100 | 360 | 240 | 10 |
| Твердый. диоксид марганца. | 0,1–1,500 | 6,3–40 | 400 | 620 | 12 |
| Твердый. проводящий полимер. | 2,2–2,700 | 2–125 | 25 | 2,500 | 240 |
| Твердый и нетвердый. гибридный электролит | 6,8–1000 | 6,3–125 | 40 | 1,500 | 100 |
Значения для типичного конденсатора с 100 мкФ / 10–16 В
Алюминиевые электро литические конденсаторы с нетвердым электролитом наиболее известными и наиболее известными. ст. широко применяются электролитические конденсаторы. Эти компоненты можно найти практически на всех платах электронного оборудования. Для них характерны особенно недорогие и простые в использовании основные материалы.
Алюминиевые конденсаторы с жидкими электролитами на основе буры или проводов имеют широкий диапазон типов и номиналов. Конденсаторы с электролитами на водной основе часто встречаются в цифровых устройствах массового производства. Типы с твердым электролитом из диоксида марганца в прошлом служили «заменой тантала». Полимерные алюминиевые электролитические конденсаторы с твердыми проводящими полимерными электролитами приобретают все большее значение, особенно в устройствах с плоской конструкцией, такими как планшетные ПК и плоские дисплеи. Электролитические конденсаторы с гибридными электролитами появились на рынке относительно недавно. В своей гибридной системе электролита они сочетаются с улучшенными проводниками с преимуществами жидких электролитов для лучшего самовосстановления оксидного слоя, так что конденсаторы преимуществами как низкого ESR, так и низкого тока утечки.
Поверхность протравленной анодной фольги низкого напряжения 
Поперечное сечение протравленной анодной фольги низкого напряжения 10 В и высокого напряжения 400 В показывает различное травление структуры 
Ультратонкое поперечное сечение протравленной порой в фольге низковольтного анода, увеличение в 100000 раз, светло-серый: алюминий, темно-серый: аморфный оксид алюминия, белый: пора, в котором активен электролит Основным инструментом анода для алюминиевых электролитических конденсаторов фольга толщиной ~ 20– 100 мкм из алюминия высокой чистоты не менее 99,99%. Это травление (придание шероховатости) в электрохимическом процессе для увеличения эффективной поверхности электрода. Путем травления поверхности анода, в зависимости от требуемого номинального напряжения, площадь поверхности может быть увеличена примерно в 200 раз по сравнению с гладкой поверхностью.
После травления алюминиевого анода шероховатая поверхность станет «анодно-оксидированный» или «формованный». Таким образом, на поверхности алюминия образуется электроизолирующий оксидный слой Al 2O3путем приложения тока с правильной полярностью, если он помещен в электролитическую ванну
Этот оксидный слой представляет собой диэлектриком конденсатора.
Этот процесс образования этой оксида осуществляется в двух стадиях реакции, при этом кислород для реакции должен поступать из электролита. алюминий (Al) в гидроксид алюминия, Al (OH) 3:
Эта реакция ускоряется сильным электрическим полем и сопровождается повышением давления в корпусе конденсатора, вызванным выделением газообразного водорода . Гелеобразный гидроксид алюминия Al (OH) 3, также называемый тригидратом оксида алюм иния (ATH), превращается на второй стадии реакции (обычно медленно в течение нескольких часов при комнатной температуре, быстрее за несколько минут при более высоких температурах) в оксид алюминия, Al 2O3:
Оксид алюминия служит диэлектриком, а также защищает металлический алюминий от агрессивных химических реакций электролита. Однако преобразованный слой оксида алюминия обычно неоднороден. Он образует сложный многослойный структурированный ламинат из аморфного, кристаллического и пористого кристаллического оксида алюминия, в основном покрытый небольшими остаточными частями непревращенного гидроксида алюминия. По этой причине при формировании анодной фольги оксидная пленка структурируется специальной химической обработкой, так что образуется либо аморфный оксид, либо кристаллический оксид. Разнообразие аморфных оксидов обеспечивает более высокую механическую и физическую стабильность и меньшее количество дефектов, что увеличивает долговременную стабильность и снижает ток утечки.
Толщина эффективного диэлектрика пропорциональна формирующему напряжению. Аморфный оксид имеет коэффициент диэлектрической проницаемости ~ 1,4 нм / В. По сравнению с кристаллическим оксидом алюминия, который имеет диэлектрическую проницаемость ~ 1,0 нм / В, аморфная разновидность имеет на 40% меньшую емкость при той же поверхности анода. Недостатком кристаллического оксида является его большая чувствительность к растягивающему напряжению, которое может привести к микротрещинам при воздействии механических (обмотка) или термических (пайка) стрессоров во время процессов постформовки.
Различные свойства оксидных структур влияют на последующие характеристики электролитических конденсаторов. Анодная фольга с аморфным оксидом в основном используется для электролитических конденсаторов со стабильными долговечными характеристиками, для конденсаторов с низкими значениями тока утечки и для электронных конденсаторов с номинальным напряжением примерно до 100 вольт. Конденсаторы с более высоким напряжением, например конденсаторы для фотовспышки, обычно содержащие анодную фольгу с кристаллическим оксидом.
Поскольку толщина эффективного диэлектрика пропорциональна формирующему напряжению, толщину диэлектрика можно адаптировать к номинальному напряжению конденсатор. Например, для низковольтных типов электролитический конденсатор на 10 В имеет толщину диэлектрика всего около 0,014 мкм, а электролитический конденсатор на 100 В - всего около 0,14 мкм. Таким образом, электрическая прочность также влияет на размер конденсатора. Однако из-за стандартизованного запаса прочности фактическое напряжение формования электролитических конденсаторов выше, чем номинальное напряжение компонента.
Алюминиевая анодная фольга производится в виде так называемых «исходныхрулонов »шириной около 500 мм. Они адаптированы для желаемого номинального напряжения и с желаемой структурой оксидного слоя. Для изготовления конденсаторов необходимо отрезать анодную длину и длину, предназначенную для конденсатора, от основного рулона.
Анодная и катодная фольга изготавливаются как так называемые «исходные рулоны», от которой обрезаются по ширине и длине, как требуется для производства конденсаторов Вторая алюминиевая фольга в электролитическом конденсаторе, называемая «катодной фольгой », Служит для электрического контакта с электролитом. Эта фольга имеет несколько более низкую степень чистоты, около 99,8%. Он всегда имеет очень тонкий оксидный слой, который возникает естественным образом в результате контакта алюминиевой поверхности с воздухом. Чтобы контактное сопротивление с электролитом и затруднить образование оксида во время разряда, катодная фольга легирована металлами, такими как медь, кремний или титан. Катодная фольга также протравливается для увеличения поверхности.
Однако из-за очень тонкого оксидного слоя, который соответствует напряжению около 1,5 В, их удельная емкость намного выше, чем у анодных фольг. Чтобы обосновать необходимость большой поверхностной емкости катодной фольги, см. Раздел о заряда / разряда ниже.
Катодная фольга, как и анодная фольга, изготавливается в виде так называемых «исходных рулонов», от необходимости отрезают ширину и длину для производства конденсаторов.
Электролитический конденсатор получил свое название от электролита, проводящей жидкости внутри конденсатора. В качестве жидкости он может быть адаптирован к пористой структуре анода и выращенному оксидному слою с той же формой, что и катод, изготовленный на заказ. Электролит всегда из смесей растворителей и добавок для удовлетворения заданных требований. Основное электрическое свойство электролита - это его проводимость, которая физически является проводимостью иона в жидкостях. Помимо хорошей проводимости рабочих электролитов, существуют другие требования, среди, химическая стабильность, высокая температураки, химическая совместимость с алюминием, низкая вязкость, минимальная отрицательная воздействие на всю новую среду низкая и стоимость. Электролит также должен обеспечивать кислород для образования процессов и самовосстановления, и все это в максимально широком диапазоне температур. Такое разнообразие требований к жидкому электролиту приводит к появлению большого количества запатентованных решений.
Используемые сегодня электролитические системы можно условно разделить на три основные группы:
Службы гидравлического электролита во время работы конденсаторов через уплотнение, электрические параметры конденсаторов могут подвергаться воздействию воздействия, ограничивая срок или срок «мокрых» электролитических конденсаторов, см. раздел о сроке службы ниже.
Анодная и катодная фольга должна быть защищена от прямого контакта друг с другом, поскольку такой контакт даже при относительно низком напряжении может привести к короткому замыканию. В случае прямого контакта сторон фольг оксидный слой на поверхности анода не дает защиты. Разделитель или разделитель из специальной бумаги с высокой впитающей способностью и высокой чистотой двумя металлическими фольги от прямого контакта. Эта конденсаторная бумага также служит резервуаром для электролита, чтобы продлить срок службы конденсатора.
Толщина прокладки зависит от номинального напряжения электролитического конденсатора. Оно составляет до 100 В от 30 до 75 мкм. Для более высоких напряжений используется несколько слоев бумаги (двусторонняя бумага), чтобы увеличить прочность на пробой.
Вид трех различных запечатанных заранее заданных точек разрыва (вентиляционные отверстия для сброса давления) на корпусах радиальных электролитических конденсаторов Герметизация алюминиевых электролитических конденсаторов также сделана из алюминия, чтобы избежать гальванические реакции, обычно в алюминиевом корпусе (банке, ванне). Для радиальных электролитических конденсаторов он подключается через электролит с неопределенным сопротивлением к катоду (земле). Однако для аксиальных электролитических конденсаторов корпус специально разработан с прямым контактом с катодом.
В случае неисправности, перегрузки или неправильной полярности работы внутри корпуса электролитического конденсатора может возникнуть значительное давление газа. Ванны предназначены для открытия клапана сброса давления и выпуска газа под высоким давлением, включая электролита. Это отверстие защищает металлическую ванну от разрыва, взрыва или вылета.
Для корпусов меньшего размера выпускное отверстие для сброса давления выполнено в нижней части или в выемке бака. Конденсаторы большего размера, такие как конденсаторы с винтовыми клеммами, имеют запираемый отвод избыточного давления и должны устанавливаться в вертикальном положении.
Материалы уплотнения алюминиевых электролитических конденсаторов зависят от исполнения. Для конденсаторов с винтовыми зажимами и защелкивых конденсаторов большего размера уплотнительная шайба изготовлена из пластика. Осевые электролитические конденсаторы обычно имеют уплотнительную шайбу из фенольной смолы, ламинированную слоем резины. В радиальных электролитических конденсаторах используется резиновая заглушка с очень плотной структурой. Все уплотнительные материалы должны быть инертными по отношению к химическим составляющим электролита и не должны содержать включенных соединений, которые могут приводить к загрязнению электролита. Во избежание утечки электролит не должен быть агрессивным по отношению к уплотнительному материалу.
Технологическая схема производства радиальных алюминиевых электролитических конденсаторов с нетвердым электролитом Производственный процесс начинается с основных валков. Сначала протравленная, шероховатая и сформированная анодная фольга на основном рулоне, а также разделительная фольга и катодная фольга обрезаются до необходимой ширины. Пленка предлагается в автоматическую намоточную машину, которая делает намотанный участок в последовательной операции, включающий три последовательных этапа: сварка клемм, наматывание и отрезка по длине. На следующем этапе производства участок намотки, закрепленный на выводных выводах, пропитывается электролитом под вакуумной пропиткой. Затем пропитанная обмотка встраивается в алюминиевый корпус, снабженный резиновым уплотнительным диском, и механически герметизируется путем скручивания. После этого конденсатор снабжен изолирующей термоусадочной пленкой. Затем этот оптически готовый конденсатор контактирует с номинальным напряжением в высокотемпературном устройстве постформовки для устранения всех диэлектрических дефектов, отображающих в результате процедуры резки и намотки. После постформовки происходит 100% окончательное измерение емкости, тока утечки и импеданса. Лента закрывает производственный процесс; конденсаторы готовы к отгрузке.
Алюминиевые электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом доступны в разных стилях, см. Рисунки слева направо выше:
Первый опубликованный электролитический конденсатор с 1914 года. имел емкость около 2 микрофарад. 
Вид на анод «мокрого» алюминиевого электролитического конденсатора, Bell System Technique 1929 В 1875 году французский исследователь Эжен Дюкрете обнаружил, что некоторые «вентильные металлы» "(алюминий и другие) может образовывать оксидный слой, который блокирует прохождение электрического тока в одном направлении, но позволяет ему течь в обратном направлении.
Кароль Поллак, производитель аккумуляторов, обнаружил, что оксидный слой на алюминиевом аноде оставался стабильным в нейтральном или щелочном электролите даже при отключении В 1896 году он получил патент на электрический жидкостный конденсатор с нейтральными электролитическими электродами (de: Elektrischer Flüssigkeitskondensator mit Aluminiumelektroden), основанный на идее использование оксидного слоя в поляризованном конденсаторе в слабым или слабым или слабым электролитическим электролитом. реализованные в промышленности, состояли из металлической коробки, и спользуемой в качестве в катода, заполненной электролитом бора, растворенным в воде, в которую была вставлена сложная алюминиевая анодная пластина. При приложении постоянного напряжения извне на поверхности формируется оксидный слой. В том случае, когда эти конденсаторы были значительно меньше и дешевле, чем все другие конденсаторы в то время, в отношении реализованного значения емкости. Эта конструкция с различными стилями конструкции анода, но с корпусом в качестве катода и контейнером в электролита использовалась до 1930-х годов и называлась «мокрым» электролитическим конденсатором из-за высокого содержания в нем воды.
Некоторые различные формы исторических анодных конструкций. Для всех этих анодов внешний металлический контейнер служит катодом. Первое распространенное применение влажных алюминиевых электролитических конденсаторов было на больших телефонных станциях, чтобы уменьшить хэширование реле (шум) в источнике питания постоянного тока на 48 вольт. Развитие бытовых радиемников с питанием от переменного тока в конце 1920-х годов создало спрос на конденсаторы большие мощности (для того времени) и высоковольтные конденсаторы для технологии лампового усилителя, обычно не менее 4 мкФ и рассчитанные на около 500 вольт постоянного тока. Вощеная бумага и промасленные шелковые пленочные конденсаторы были доступны, но устройства с таким порядком мощности и номинального напряжения были громоздкими и непомерно дорогими.
«Сухой» электролитический конденсатор на 100 мкФ и 150 В Родоначальник современного электролитического конденсатора был запатентован Самуэлем Рубеном в 1925 году, который объединился с Филипом Мэллори, основатель компании по производства аккумуляторов, которая сейчас известна как Duracell International. Идея Рубена принимает многослойную конструкцию конденсатора из серебряной слюды . Он ввел отдельную вторую фольгу для контакта с электролитом рядом с анодной фольгой вместо того, чтобы использовать заполненный электролитом контейнер в катода конденсатора. Уложенная стопкой вторая фольга получила свой собственный вывод, дополнительный к анодному выводу, и контейнер больше не имел электрической функции. Этот тип электролитического конденсатора с одной анодной фольгой, отделенной от катодной фольги жидким или гелеобразным электролитом неводной природы, который, следовательно, является сухим в смысле очень низкого содержания воды, получил название «сухой« тип электролитического конденсатора ». Это изобретение, вместе с изобретением намотанной фольги, разделенной бумажной прокладкой 1927, А. Эккелем, Hydra-Werke (Германия), значительно уменьшило размер и цену, что помогло сделать новые радиостанции доступными для более широкой группы клиентов.
Уильям Дубилье, первый патент которого на электролитические конденсаторы был подан в 1928 году, индустриализировал новые идеи электролитических конденсаторов и начал крупномасштабное коммерческое производство в 1931 году на заводе Cornell-Dubilier (CD) в Плейнфилде, штат Нью-Джерси. В то же время в Берлине, Германия, "Hydra-Werke", компания AEG, начала производство электролитических конденсаторов в больших количествах.
Уже в своей патентной заявке 1886 года Поллак писал, что емкость конденсатора увеличивается, если поверхность анодной фольги становится шероховатой. С тех пор был разработан ряд методов для придания шероховатости поверхности анода, механических методов, таких как пескоструйная очистка или царапание, а также химическое травление кислотами и солями кислот под воздействием высоких токов. Некоторые из этих методов были разработаны на фабрике компакт-дисков между 1931 и 1938 годами. Сегодня (2014 год) электрохимическое травление фольги низкого напряжения позволяет увеличить площадь поверхности до 200 раз по сравнению с гладкой поверхностью. Прогресс в области травления является причиной постоянного уменьшения размеров алюминиевых электролитических конденсаторов за последние десятилетия.
Миниатюризация алюминиевых электролитических конденсаторов с 1960 по 2005 год в корпусе 10x16 мм до десяти раз Период после Второй мировой войны связан с быстрым развитием радио- и телевизионных технологий, а также промышленных приложений, которые оказали большое влияние на объемы производства, а также стили, размеры и диверси настройку серий электролитических конденсаторов. Новые электролиты на основе жидкостей снизили токи утечки и СОЭ, расширили температурный диапазон и увеличили срок. Явлений коррозии, вызываемых хлором и водой, можно избежать с помощью более чистых производственных процессов и использования добавок в электролиты.
Разработка танталовых электролитических конденсаторов в начале 1950-х годов с диоксидом марганца в качестве твердого электролита, который имеет в 10 раз лучшую проводимость, чем все другие типы нетвердых электролитов также повлияли на алюминиевых электролитических конденсаторов. В 1964 году на рынке появились первые алюминиевые электролитические конденсаторы с твердым электролитом (Solid Aluminium Capacitor (SAL) ), разработанные Philips.
Десятилетия с 1970 по 1990 годы ознаменовались разработкой различных новых профессиональных серий алюминиевых электролитических конденсаторов с ф. е. очень низкие токи утечки или с долговечными характеристиками или для более высоких температур до 125 ° C, которые специально подходят для определенных промышленных применений. Большое разнообразие алюминиевых электролитических конденсаторов с нетвердыми электролитами до настоящего времени (2014 г.) показателем приспособляемости конденсаторов к промышленным требованиям.
Электропроводность нетвердых и твердых электролитов В 1983 году компания Sanyo достигла дальнейшего снижения СОЭ с помощью алюминиевых электролитических конденсаторов «OS-CON ». В этих конденсаторах в твердом органическом проводнике используется соль с переносом заряда TTF-TCNQ (тетрацианохинодиметан ), обеспечивающая улучшение проводимости в 10 раз по сравнению с электролитом из диоксида марганца.
Значения ESR TCNQ-конденсаторов были значительно уменьшены после открытия проводящих полимеров Аланом Дж. Хигером, Аланом МакДиармидом и Хидеки Сиракава. Электропроводность проводящих полимеров, таких как полипиррол [14] или PEDOT, лучше, чем у TCNQ, в 100-500 раз и близка к проводимость металлов. В 1991 году компания Panasonic выпустила на рынок полимерно-алюминиевый электролитический конденсатор SP-Cap. Эти электролитические конденсаторы с полимерными электролитами достигли значений ESR, достаточно низких, чтобы конкурировать с керамическими многослойными конденсаторами (MLCC). Они были менее дорогими, чем танталовые конденсаторы, и вскоре были использованы устройства с плоской конструкцией, как ноутбуки и сотовые телефоны таких.
. Новые электролиты на водной основе были разработаны в Японии с. середины -1980-е с целью снижения ESR для недорогих нетвердых электролитических конденсаторов. Вода недорогая, эффективный проводель электролитов и улучшает возможность электролита.
Японский производитель Rubycon был лидером в разработке новых систем электролитов на водной основе с повышенной проводимостью в конце 1990-х годов. Новая серия нетвердотельных конденсаторов с электролитом на водной основе была названа в технических паспортах серии «Low-ESR», «Low-Impedance», «Ultra-Low-Impedance» или «High-Ripple Current».
Украденный рецепт такого электролита на водной основе, в котором отсутствовали важные стабилизирующие вещества, привел в период с 2000 по 2005 год к проблеме массового разрыва конденсаторов в компьютере и источнике питания, которая стала известна под термином «Конденсаторная чума ». В этих конденсаторах вода агрессивно и даже бурно реагирует с алюминием, что сопровождается сильным выделением тепла и газа в конденсаторе, что часто приводит к взрыву конденсатора.
Последовательно-эквивалентная модель электролитического конденсатора Электрические характеристики конденсаторов согласованы с международной общей спецификацией IEC 60384-1. В этом стандарте электрические характеристики конденсаторов описываются идеализированной последовательной эквивалентной электрическими компонентами, которые моделируют все омические потери, емкостные и индуктивные параметры электролитического конденсатора:
Стандартная зависимость емкости от температуры Базовой единицы емкости электролитических конденсаторов микрофарад (мкФ, или, что менее точно, мкФ).
Величина емкости, указанная в технических данных производителя, называется номинальной емкостью C R или номинальной емкостью C N и является значением, на которое рассчитан конденсатор.. Стандартными условиями измерения для электролитических конденсаторов являются размеры переменного тока с 0,5 В при частоте 100/120 Гц и температуре 20 ° C.
Величина емкости электролитического конденсатора зависит от частоты измерения и температуры. Значение при частоте измерения 1 кГц примерно на 10% меньше значения 100/120 Гц. Следовательно, значения емкости электролитических конденсаторов нельзя напрямую сравнивать и отличаются от величин емкости пленочных конденсаторов или керамических конденсаторов, величина которых измеряется на частоту 1 кГц или выше.
Измеренное методом измерения переменного тока с частотой 100/120 Гц измеренное значение величины ближайшего значения к электрическому заряду, накопленному в конденсаторе. Накопленный заряд измеряется специальным методом разряда и называется емкостью постоянного тока. Емкость постоянного тока примерно на 10% выше, чем емкость переменного тока 100/120 Гц. Емкость постоянного тока представляет интерес для разрядных приложений, таких как фотовспышка.
. Процент допустимого отклонения измеренной емкости от номинального значения называется допуском емкости. Электролитические конденсаторы доступны в различных сериях допусков, значения которых указаны в серии E, в IEC 60063. Для сокращенной маркировки в ограниченном ограниченном буквенном коде для каждого допуска указан в IEC 60062.
Требуемый допуск определяет конкретным применением. Электролитические конденсаторы, которые часто используются для фильтрации и в обход конденсаторов, не используются в узких допусках, потому что они не используются для приложений с точной производительностью, например, для генераторов.
Соотношение между номинальным и категориальным напряжением и номинальной и категориальной температурой В IEC 60384-1 допустимое рабочее напряжение называется «номинальным напряжением» U R или «номинальным напряжением» U N. Номинальное напряжение - это максимальное напряжение постоянного тока или пиковое импульсное напряжение, которое может использовать непрерывно при любой температуре в номинальном диапазоне температур.
Доказательство напряжения электролитических конденсаторов, которое прямо пропорционально толщине диэлектрического слоя, уменьшается с повышением температуры. Для некоторых приложений использовать диапазон высоких температур. Снижение напряжения, требуемого при более высокой температуре, сохраняет запас прочности. Поэтому для некоторых типов конденсаторов стандарт МЭК определяет «температурное снижение» для более высокого диапазона, «напряжение категории» U C. Категория напряжения - это максимальное напряжение постоянного тока, пиковое импульсное напряжение или наложенное напряжение переменного тока, которое может непрерывно подаваться на конденсатор при любой температуре в диапазоне температур категории.
Алюминиевые электролитические конденсаторы могут использовать короткое время с перенапряжением, также называемым перенапряжением. Пульсирующее напряжение определяет максимальное значение напряжения в температурном диапазоне, которое может использоваться в течение всего срока службы 1000 секунд и паузой 5 минут 30 секунд в каждом случае. 15%.
Обычно для конденсаторов с номинальным напряжением ≤ 315 вольт импульсное напряжение в 1,15 раза больше номинального напряжения, а для конденсаторов с номинальным напряжением более 315 вольт импульсное напряжение в 1,10 раза больше номинального напряжения.
Алюминиевые электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом относительно нечувствительны к высокому и кратковременным переходным напряжением, превышающим импульсное напряжение, если частота и энергосодержание переходных процессов низкого. Эта способность зависит от номинального напряжения и размера компонентов. Переходные напряжения с низкой энергией приводят к ограничению напряжения, аналогичному стабилитрону.
. Процессы электрохимического образования оксида возникают при приложении напряжения с правильной полярностью и генерируют дополнительный оксид при возникновении переходных процессов. Это образование сопровождается выделением тепла и газообразного водорода. Это допустимо, если энергосодержание переходного процесса низкое. Однако, когда переходное пиковое напряжение вызывает электрическое поле, слишком высокое для диэлектрика, это может напрямую вызвать короткое замыкание. Однозначное и общее определение допустимых переходных процессов или пиковых напряжений невозможно. В каждом случае переходных процессов приложение должно быть тщательно одобрено.
Электролитические конденсаторы с твердым электролитом не выдерживают переходных процессов или пикового напряжения, превышающего импульсное напряжение. Переходные процессы для этого типа электролитического конденсатора
Вращающийся электролитический конденсатор на печатной плате Электролитические конденсаторы представляют собой поляризованные конденсаторы и обычно требуют, чтобы напряжение анодного электрода было положительным по отношению к напряжению на катоде. Однако катодная фольга алюминиевых электролитических конденсаторов имеет очень тонкий слой оксида естественного происхождения из воздуха. Этот оксидный слой имеет доказательство напряжения приблизительно от 1 до 1,5 В. Следовательно, алюминиевые электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом могут постоянно выдерживать очень небольшое обратное напряжение, например, могут измеряться при переменном напряжении 0,5 В, как
При обратном напряжении ниже -1,5 В при комнатной температуре на катодной алюминиевой фольге начинает образовываться оксидный слой, соответствующий приложенному напряжению. Это совпадает с производством газообразного водорода с повышенным давлением. В то же время оксидный слой на анодной фольге начинает растворение оксида, что снижает стойкость к напряжению. Теперь вопрос о внешнем контуре заключается в том, приводит ли повышение давления газа в результате окисления к разрыву корпуса или ослабленный оксид анода приводит к пробою с коротким замыканием . Если внешний контур высокоомный, конденсатор выходит из строя, и выпускное отверстие открывается из-за высокого давления газа. Если внешняя цепь имеет низкое сопротивление, более вероятно более короткое замыкание. В любом случае обратное напряжение ниже -1,5 В при комнатной температуре может вызвать катастрофический отказ компонента из-за пробоя диэлектрика или избыточного давления, что приводит к взрыву конденсатора, часто очень быстро. Современные электролитические конденсаторы имеют вентиляционное отверстие, которое обычно представляет собой либо зазубренную секцию корпуса, либо специально разработанное торцевое уплотнение для выпуска горячего газа / жидкости, но разрывы все же могут быть значительными.
Чтобы свести к минимуму вероятность того, что поляризованный электролит будет неправильно вставлен в цепь, полярность должна быть очень четко указана на корпусе, см. Раздел «Маркировка полярности».
Доступны специальные биполярные конденсаторы, предназначенные для работы на переменном токе, обычно называемые «биполярными», «неполяризованными» или «NP» типами. В них конденсаторы имеют две соединенные анодные фольги противоположной полярности. Направление из чередующихся половин цикла переменного тока один анод каждой как блокирующий диэлектрик предотвращает повреждение противоположного анода обратным напряжением. Номинальное напряжение не обязательно должно быть симметричным; «Полуполярные» конденсаторы могут быть изготовлены с разной толщиной оксидного покрытия, поэтому они могут выдерживать разное напряжение в каждом направлении. Но эти биполярные электролитические конденсаторы не подходят для основных приложений переменного тока вместо силовых конденсаторов с металлизированной полимерной пленкой или бумажным диэлектриком.
Упрощенная последовательность эквивалентная схема конденсатора для более высоких частот (см. Выше); с электрическими реактивными сопротивлениями X ESL и X C и сопротивление ESR и для иллюстрации импедансом Z и коэффициентом рассеяния tan δ В общем, конденсатор рассматривается как накопительный компонент на электрическую энергию. Но это только одна функция конденсатора. Конденсатор также может действовать как резистор AC . В частности, алюминиевые электролитические конденсаторы используются во многих приложениях в качестве разделительных конденсаторов для фильтрации или обхода нежелательных смещенных частот переменного тока на землю или для емкостной связи звуковых сигналов переменного тока. Тогда диэлектрик используется только для блокировки постоянного тока. Для таких сопротивлений переменного тока, импеданс так же важны, как и значение емкости.
Импеданс - это сумма реактивного сопротивления и сопротивления ; он включает разность фаз и амплитуды между синусоидально изменяющимся напряжением и синусоидально изменяющимся током на заданной частоте в цепи переменного тока. В этом смысле импеданс можно использовать как закон Ома
Другими словами, импеданс - это частотно-зависимое сопротивление переменного тока, которое имеет как значение, так и фазу на обычном частотном.
Типичные кривые импеданса для различных значений емкости в зависимости от частоты, показывающие типовые формулы с уменьшением значений импеданса резонанса и значения выше резонанса. Чем выше емкость, тем ниже резонансная частота. В технических паспортах конденсаторов только больших импеданса | Z | указывается и пишется просто как "Z". В этом смысле импеданс - это мера способности конденсатора пропускать переменные токи.
Импеданс можно рассчитать, используя идеальные компоненты эквивалентной последовательности последовательного конденсатора, включая идеальный конденсатор 
и индуктивным реактивным сопротивлением (Индуктивность )
.Тогда 
.В частном случае резонанса, в котором оба реактивных сопротивления 
импед ансом, указанным в технических паспортах различных устройств Торс часто показывает тип кривые для разных значений емкости. Импеданс на резонансной частой лучшую рабочую точку для цепей связи или развязки. Чем выше емкость, тем ниже рабочий диапазон частот. Из-за их больших значений емкости алюминиевые электролитические конденсаторы обладают относительно хорошими развязывающими свойствами в нижнем частотном диапазоне примерно до 1 МГц или немного больше. Использование электролитических конденсаторов в 50/60 Гц стандартных или импульсных источников питания.
Типичный импеданс и ESR как функция частоты
Типичный импеданс как функция температуры
Эквивалентное последовательное сопротивление (ESR) суммирует все резистивные потери конденсатора. Это оконное сопротивление, контактное сопротивление электродного контакта, линейное сопротивление электродов, сопротивление электролита и диэлектрические потери в диэлектрическом оксидном слое.
ESR зависит от температуры и частоты. Для алюминиевых электролитических конденсаторов с нетвердым электролитом ESR обычно уменьшается с частоты и температуры. СОЭ влияет на оставшуюся наложенную пульсацию переменного тока после сглаживания и может влиять на функциональность схемы. Что касается конденсатора, ESR отвечает за внутреннее тепловыделение, если через конденсатор протекает ток пульсации . Это внутреннее тепло сокращает срок службы конденсатора.
В соответствии со стандартом IEC / EN 60384-1 значения импеданса электролитических конденсаторов измеряются при 10 кГц или 100 кГц, в зависимости от емкости и напряжения конденсатора.
Для алюминиевых электролитических конденсаторов по историческим причинам иногда в соответствующих технических паспортах указывается коэффициент рассеяния tan δ вместо
Сильные пульсации тока через сглаживающий конденсатор C1 в источнике питания с полуволновым выпрямлением вызывают значительное внутреннее тепловыделение, соответствующее ESR A , пульсации тока конденсатора. - это значение RMS наложенного переменного тока любой частоты и любой формы кривой кривой тока для непрерывной работы. Он возникает, например, в источниках питания (включая импульсные блоки питания ) после выпрямления переменного напряжения и протекает в виде смещенного тока заряда и разряда через развязывающий или сглаживающий конденсатор.
Из-за ESR конденсатора ток пульсации I R вызывает потери электрической мощности P V el
, что приводит к выделению тепла внутри сердечника обмотки конденсатора.
Это внутреннее тепло, вместе с температурой окружающей среды и, возможно, другими внешними источниками тепла, приводит к температуре сердечника конденсатора, самая горячая область которой находится в обмотке, имея разницу температур Δ T по сравнению с температурой окружающей среды. Это тепло должно распределяться в виде тепловых потерь P V th по поверхности A конденсатора и теплового сопротивления β окружающей среде.
Тепловое сопротивление β зависит от размера корпуса соответствующего конденсатора и, если применимо на дополнительных условиях охлаждения.
Пульсации тока вызывают внутреннее тепло, которое должно рассеиваться в окружающую среду Если внутренние потери мощности P V el рассеиваются за счет теплового излучения, конвекция и теплопроводность в окружающую среду соответствуют тепловым потерям P V th, тогда задается температурный баланс между температурой конденсатора и температурой окружающей среды.
Как правило, указанное номинальное значение максимального тока пульсаций в технических паспортах производителя рассчитано для нагрева сердечника (ячейки) конденсатора на 10 ° C для серии 85 ° C, 5 ° C для серии 105 ° C и 3 ° C для серии 125 ° C.
Номинальный ток пульсаций алюминиевых электролитических конденсаторов с нетвердым электролитом соответствует указанному сроку службы конденсаторов. Этот ток может постоянно протекать по конденсатору до максимальной температуры в течение заданного или рассчитанного времени. Пульсации тока ниже указанного или принудительное охлаждение продлевают срок службы конденсатора.
Срок службы электролитических конденсаторов с нетвердым электролитом зависит от скорости испарения и, следовательно, от температуры сердечника конденсатора. При принудительном охлаждении или специальном расположении конденсатора на печатной плате срок службы может быть положительно изменен.
Ток пульсаций указывается как эффективное (среднеквадратичное) значение при 100 или 120 Гц или при 10 кГц при температуре высшей категории. Несинусоидальные пульсирующие токи должны быть проанализированы и разделены на их одиночные синусоидальные частоты с помощью анализа Фурье и суммированы путем сложения единичных токов в квадрате.
Периодически появляющиеся сильноточные импульсы, которые могут быть намного выше номинального тока пульсаций, должны быть проанализированы в том же отношении.
Потому что ESR уменьшается с увеличением частоты. значение тока пульсации, указанное в паспорте 100/120 Гц, может быть выше на более высоких частотах. В подобных случаях производители указывают поправочные коэффициенты для значений пульсаций тока на более высоких частотах. Например, пульсационный ток на частоте 10 кГц обычно может быть приблизительно на 30-40% выше, чем значение 100/120.
Если ток пульсаций превышает номинальное значение, соответствующее тепловыделение превышает предел температуры конденсатора и может разрушить внутреннюю структуру (устойчивость к напряжению, точка кипения) конденсаторов. Затем компоненты имеют тенденцию к короткому замыканию, открытию вентиляционного отверстия или взрыву. Пульсации токов выше номинальных возможны только при принудительном охлаждении.
Во время разряда направление тока в конденсаторе меняется, катод (-) получает анод (+), два возникают внутренние напряжения противоположной полярности. Правило конструкции конденсатора - C K>>C A - гарантирует отсутствие постформирования катодной фольги во время разряда. Алюминиевые электролитические конденсаторы с нетвердыми электролитами всегда содержат: в дополнение к анодной фольге, катодная фольга, которая служит электрическим контактом с электролитом. Эта катодная фольга снабжена очень тонким оксидным слоем естественного происхождения из воздуха, который также действует как диэлектрик. Таким образом, конструкция конденсатора образует последовательную цепь из двух конденсаторов, емкости анодной фольги C A и катодной фольги C K. Как описано выше, емкость конденсатора C e-cap в основном определяется емкостью анода C A, когда катодная емкость C K приблизительно в 10 раз больше. емкость выше анода C A.
Алюминиевые электролитические конденсаторы с нетвердыми электролитами обычно можно заряжать до номинального напряжения без ограничения тока. Это свойство является результатом ограниченной подвижности ионов в жидком электролите, что замедляет линейное изменение напряжения на диэлектрике и ESR конденсатора.
Во времяразряда внутренняя конструкция конденсатора меняет внутреннюю полярность. Катод (-) получает анод (+) и меняет направление тока. На этих электродах возникают два напряжения. В принципе, распределение напряжения между обоими электродами ведет себя как продукт обратной CV каждого электрода.
Конструктивное правило высокой емкости катода гарантирует, что напряжение, возникающее на катоде во время разряда, не превышает примерно 1,5 В, что является его естественным доказательством наличия электрического напряжения. Дальнейшего постформирования катодной фольги не происходит, что может привести к ухудшению емкости. Тогда конденсаторы защищены от разряда.
Малый (диаметр <25 mm) aluminum electrolytic capacitors with non-solid electrolytes can normally be charged up to the rated voltage without any current surge, peak or pulse limitation up to a peak current value of about 50 A. This property is a result of the limited ion movability in the liquid electrolyte, which slows down the voltage ramp across the dielectric, and the capacitor's ESR. Only the frequency of peaks integrated over time must not exceed the maximal specified ripple current.
общие характеристики утечки электролитических конденсаторов: ток утечки 
как функция времени 
в зависимости от типа электролита нетвердый, с высоким содержанием воды нет твердые, органические твердые, полимерные 
Типичная кривая тока утечки промышленного электролитического конденсатора с длительным сроком службы с нетвердым электролитом Характерным свойством электролитических конденсаторов является «ток утечки». Это постоянный ток ток представлен резистором R утечки, включенным параллельно конденсатору в эквивалентной схеме последовательного замещения электролитических конденсаторов, и протекает, если приложено напряжение.
Ток утечки включает все слабые дефекты диэлектрика, вызванные нежелательными химическими процессами и механическими повреждения ми, и представляет собой постоянный ток, который может проходить через диэлектрик после применения напряжение правильной полярности. Это зависит от значения емкости, от приложенного напряжения и температуры конденсатора, от времени измерения, от типа электролита и от предварительных условий, таких как предыдущее время хранения без приложенного напряжения или термической нагрузки от пайки. (Для всех нетвердотельных электролитических конденсаторов требуется время восстановления в несколько часов после пайки перед измерением тока утечки. Для нетвердых конденсаторов микросхемы требуется время восстановления после пайки оплавлением около 24 часов.) Ток утечки уменьшается за счет подачи рабочего напряжения самостоятельно -заживляющие процессы.
Ток утечки падает в первые минуты после подачи постоянного напряжения. За это время диэлектрический оксидный слой может устранить все недостатки, создавая новые слои в процессе самовосстановления. Время, необходимое для снижения тока утечки, обычно зависит от типа электролита. Ток утечки твердых электролитов падает намного быстрее, чем в случае нетвердых типов, но остается на несколько более высоком уровне. Влажные электролитические конденсаторы с электролитами с высоким содержанием воды в первые минуты обычно имеют более высокий ток утечки, чем конденсаторы с органическим электролитом, но через несколько минут они достигают того же уровня. Хотя ток утечки электролитических конденсаторов выше по сравнению с током, протекающим через сопротивление изоляции керамических или пленочных конденсаторов, саморазряд современных нетвердых электролитических конденсаторов может занять несколько недель.
Спецификация тока утечки I утечка в технических паспортах производителя относится к емкости конденсатора C R, номинальному напряжению U R, a коэффициент корреляции и минимальное текущее значение. Например,
После измерения в течение 2 или 5 минут, в зависимости от технических характеристик, измеренное значение тока утечки должно быть меньше расчетного. Обычно ток утечки всегда ниже, чем дольше подается напряжение на конденсатор. Ток утечки во время работы через, например, один час - это рабочий ток утечки. Это значение сильно зависит от серийных характеристик производителя. Это может быть меньше 1/100 указанного значения.
Ток утечки зависит от приложенного напряжения и температуры окружающей среды. Значение при непрерывной работе при 85 ° C примерно в четыре раза выше, чем при 20 ° C. В противном случае значение составляет примерно половину, что снижает приложенное напряжение до 70% от номинального.
Нетвердые алюминиевые электролитические конденсаторы, у которых ток утечки после времени работы, например, одного часа, остается на более высоком уровне. уровень, чем указано. В основном они были механически повреждены изнутри из-за высокого механического напряжения во время монтажа.
Диэлектрическое поглощение происходит, когда конденсатор, который оставался заряженным в течение длительного времени, разряжается только частично при кратковременной разрядке. Хотя идеальный конденсатор достигнет нуля вольт после разряда, реальные конденсаторы вырабатывают небольшое напряжение из-за дипольного разряда с задержкой по времени, явление, которое также называется диэлектрическая релаксация, «впитывание» или «действие батареи».
| Тип конденсатора | Диэлектрическая абсорбция |
|---|---|
| Танталовые электролитические конденсаторы с твердым электролитом | от 2 до 3%, 10% |
| Алюминиевый электролитический конденсатор с нетвердым электролитом | от 10 до 15% |
Диэлектрическое поглощение может быть проблемой в схемах, использующих очень малые токи в электронных схемах, например, с большой постоянной времени интеграторы или схемы выборки и хранения. Диэлектрическое поглощение не является проблемой для большинства применений электролитических конденсаторов, поддерживающих линии электропитания.
Но, особенно для электролитических конденсаторов с высоким номинальным напряжением, напряжение на выводах, создаваемое диэлектрической абсорбцией, может представлять угрозу безопасности персонала или цепей. Для предотвращения ударов большинство очень больших конденсаторов поставляются с закорачивающими проводами, которые необходимо удалить перед использованием.
Кривая ванны со временами «ранних отказов», «случайных отказов» и «отказов из-за износа». Время случайных отказов - это время постоянной интенсивности отказов и соответствует сроку службы нетвердых электролитических конденсаторов. Прогнозирование надежности алюминиевых электролитических конденсаторов обычно выражается как интенсивность отказов λ, сокращенно FIT (Failures In Time). Это мера количества отказов в единицу часа в течение времени постоянных случайных отказов в кривой ванны. Плоская часть кривой ванны соответствует расчетному сроку службы или сроку службы нетвердых электролитических конденсаторов. Интенсивность отказов используется для расчета вероятности выживания в течение желаемого срока службы электронной схемы в сочетании с другими участвующими компонентами.
FIT - это количество отказов, которое можно ожидать за один миллиард (10) компонентных часов работы при фиксированных рабочих условиях (например, 1000 компонентов на 1 миллион часов или 1 миллион компонентов на 1000 часов (1 ppm / 1000 часов) каждый в течение периода постоянных случайных отказов. Эта модель интенсивности отказов неявно предполагает идею «случайного отказа». Отдельные компоненты выходят из строя в случайное время, но с предсказуемой скоростью. Отказы - это короткие замыкания, разомкнутые цепи и отказы из-за ухудшения характеристик (превышение установленных пределов электрических параметров).
Обратное значение FIT - это MTBF, Среднее время наработки на отказ.
Стандартные рабочие условия для интенсивности отказов FIT составляют 40 ° C и 0,5 U R. Для других условий приложенного напряжения, токовой нагрузки, температуры, значения емкости, сопротивления цепи (для танталовых конденсаторов), механических воздействий и влажности значение FIT можно пересчитать с помощью коэффициентов ускорения стандартизирован для промышленности аль или военный контекст. Чем выше температура и приложенное напряжение, тем выше интенсивность отказов.
Хорошо знать, что для конденсаторов с твердыми электролитами интенсивность отказов часто выражается в процентах отказавших компонентов на тысячу часов (n% / 1000 ч) и указывается при стандартных условиях 85 ° C и номинальном напряжении. U R. То есть «n» количество отказавших компонентов за 10 часов, или в FIT десятиитысячное значение за 10 часов, но для других стандартных условий. Для этих других условий показатель «% I1000 ч» может быть пересчитан с коэффициентами ускорения, стандартизованными для промышленного или военного контекста.
Большинство современных алюминиевых электролитических конденсаторов с нетвердыми электролитами в настоящее время представляют собой очень надежные компоненты с очень низкой частотой отказов и прогнозируемым сроком службы в несколько десятилетий при нормальных условиях. Лучше всего, чтобы электролитические конденсаторы прошли этап постформовки после производства, аналогичный этап прожигу «в, чтобы исключить ранние отказы во время производства. Значения FIT, используются в технических характеристиках, рассчитаны из многолетний опыт производителя, основанный на результатах испытаний на срок службы. Типичные эталонные значения отказов для алюминиевых электролитических конденсаторов с нетвердыми электролитами к типам низкого напряжения (6,3–160 В). Показатели FIT в диапазоне от 1 до 20 FIT и для высоковольтных типов (>160–550 В) показатели FIT в диапазоне от 20 до 200 FIT. Интенсивность отказов в полевых условиях для алюминиевых конденсаторов находится в диапазоне от 0,5 до 20 FIT.
Данные для спецификации «интенсивность отказов» основаны на результатах испытаний на долговечность (испытания на долговечность). Кроме того, иногда указывается «частота отказов на месте». Эти цифры получены от крупных клиентов, которые заметили сбои в работе своих приложений. Интенсивность отказов в полевых условиях может иметь гораздо более низкие значения. Для алюминиевых электролитических конденсаторов они находятся в диапазоне от 0,5 до 20 FIT. Значения интенсивности отказов поля соответствуют обычным порядкам величины для электронных компонентов.
Электрические характеристики электролитических конденсаторов с нетвердыми электролитами со временем меняются из-за испарения электролита. Достижение заданных пределов электрических параметров конденсаторов считается «отказом от износа». График показывает это поведение в ходе испытания на долговечность в течение 2000 часов при 105 ° C. Алюминиевые электролитические конденсаторы с нетвердыми электролитами занимают исключительное положение среди электронных компонентов, поскольку они работают с электролитом в качестве жидкого ингредиента. Жидкий электролит определяет поведение электролитических конденсаторов в зависимости от времени. Со временем они стареют по мере испарения электролита. Это также означает, что с повышением температуры происходит резкое сокращение срока службы. Как показывает практика, каждые 10 градусов подъема вдвое сокращают срок службы. Это очень медленное высыхание электролита зависит от конструкции серии, температуры окружающей среды, напряжения и нагрузки пульсаций тока. Снижение уровня электролита со временем влияет на емкость, импеданс и ESR конденсаторов. Емкость уменьшается, а сопротивление и ESR увеличиваются с уменьшением количества электролита. Ток утечки уменьшается, поскольку все слабые места устраняются после долгого времени формования. В отличие от электролитических конденсаторов с твердыми электролитами, у «мокрых» электролитических конденсаторов заканчивается срок службы, когда компоненты достигают заданных максимальных изменений емкости, импеданса или ESR. Период времени до «конца срока службы» называется «сроком службы», «сроком полезного использования», «сроком службы при нагрузке» или «сроком службы». Он представляет собой время постоянной интенсивности отказов на кривой ванны интенсивности отказов.
При нормальных условиях окружающей среды электролитические конденсаторы могут иметь срок службы более 15 лет, но этот срок может быть ограничен в зависимости от поведения резиновой заглушки (которая обычно не подвергается старению в течение срока службы). Этот рейтинг проверяется с помощью испытания ускоренного старения, называемого «испытанием на выносливость» в соответствии с IEC 60384-4-1 с номинальным напряжением при температуре верхней категории. Одна из проблем с этим тестом на старение - время, необходимое для получения каких-либо значимых результатов. В ответ на требования к долгому сроку службы, высокотемпературным характеристикам в автомобильной и экологически чистой энергии (солнечные микровинверторы, светодиоды, ветряные турбины и т. Д.), Некоторые конденсаторы требуют более чем годичного тестирования (10000 часов), прежде чем они могут быть аттестованы. Из-за этого ограничения растет интерес к методикам ускорения тестирования таким образом, чтобы по-прежнему получать соответствующие результаты.
На графике справа показано поведение электрических параметров алюминиевых электролитических конденсаторов с нетвердыми электролитами из-за испарения электролита при испытании на долговечность 2000 часов при 105 ° C. Процесс высыхания также можно определить по потере веса.
После этого испытания на долговечность указанные пределы параметров для прохождения испытания включают, с одной стороны, отсутствие общих отказов (короткое замыкание, разрыв цепи), а с другой стороны, отсутствие выхода из строя с ухудшением характеристик, уменьшение емкости более 30% и увеличение ESR, импеданса или коэффициента потерь более чем в 3 раза по сравнению с исходным значением. Параметры тестируемого компонента, выходящие за эти пределы, могут рассматриваться как свидетельство отказа из-за деградации.
Время и температура испытания зависят от серии испытаний. Это причина того, что в технических паспортах производителей, которые даны в виде указаний времени / температуры, существует множество различных данных о сроке службы, например: 2000 ч / 85 ° C, 2000 ч / 105 ° C, 5000 ч / 105 ° C, 2000 ч / 125 ° С. Эти цифры указывают минимальный срок службы конденсаторов серии при максимальной температуре с приложенным номинальным напряжением.
Что касается испытания на долговечность, эта спецификация не включает конденсаторы, нагружаемые номинальным значением тока пульсации. Но дополнительное внутреннее тепло от 3 до 10, в зависимости от серии, которое генерируется пульсирующим током, обычно учитывается из-за запаса прочности при интерпретации результатов его испытаний на долговечность. Тест с приложенным пульсирующим током доступен для любого производителя.
Срок службы конденсатора в различных условиях эксплуатации можно оценить с помощью специальных формул или графиков, указанных в технических паспортах серьезных производителей. Они используют разные способы достижения характеристик; некоторые специальные формулы, определяют расчет срока службы конденсаторов с помощью графиков, которые учитывают влияние приложенного напряжения. Основным принципом расчета времени в рабочих условиях является так называемое «правило 10 градусов».
Это также хорошо известно как правило Аррениуса. Он описывает изменение скорости термической реакции. На каждые 10 ° C более низкой температуры испарение уменьшается вдвое. Это означает, что каждые 10 ° C более низкой срок службы конденсаторов удваивается.
Если срок службы электролитического конденсатора составляет, например, 2000 ч / 105 ° C, срок службы конденсатора при 45 ° C может быть рассчитан "« как 128
Срок службы электролитических конденсаторов с нетвердыми электролитами, эффектом более длительного срока службы при более низких температурах математического математического метода. зависит от скорости испарения и, следовательно, от ядра конденсатора. утренняя температура зависит от нагрузки пульсации тока. Использование правил 10 градусов для корпуса конденсатора дает хорошее представление о рабочих условиях. В случае более высоких токов пульсаций на срок службы может положительно повлиять принудительное охлаждение.
Ближе к концу срока конденсатора начинает проявляться ухудшение характеристик службы. На этом диапазоне постоянной отказов заканчивается. Но даже после превышения срока службы конденсатора непосредственная опасность для электронной схемы отсутствует; снижается только функциональность конденсатора. При сегодняшнем высоком уровне чистоты при производстве электролитических конденсаторов не следует ожидать коротких замыканий после истечения срока службы с проверенным испарением в сравнении с параметрами производительности.
Неисправные алюминиевые электролитические конденсаторы с открытым вентиляционным отверстием, вызванные использованием неправильного электролита Алюминиевые электролитические конденсаторы с нетвердыми электролитами имеют относительноное качество с точки зрения качества. Это противоречит промышленному опыту, где электролитические конденсаторы надежными компонентами, используются в соответствии с их спецификациями в течение расчетного срока службы. Негативный имидж в обществе может быть, среди прочего, потому что вышедшие из строя электролитические конденсаторы в устройствах легко и сразу видны. Это исключение и не относится к другим электронным компонентам.
Как и в случае с любым другим промышленным продуктом, для алюминиевых электролитических конденсаторов с нетвердыми электролитами известны причины отказа. Их можно дифференцировать по причинам отказов на основе разработки и производства конденсаторов, устройств производства, применения конденсаторов или внешних воздействий во время использования конденсаторов.
Отрасли производства конденсаторов может влиять только на первый вид отказа. Большинство производителей, изготовленных с помощью инструментов, имеют хорошо структурированные отделы контроля качества, которые контролируют все этапы разработки и производства. Блок-схемы отказа демонстрируют это. Однако типичный физически или химически вызванный режим серьезного отказа во время применения, такой как «полевая кристаллизация» для танталовых конденсаторов, не известен для нетвердых алюминиевых электролитических конденсаторов.
многих других электролитических конденсаторов считается очень ненадежными компонентами по сравнению с другими пассивными компонентами. Отчасти это зависит от истории этих компонентов. Конденсаторы, изготовленные во время и до Второй мировой войны, иногда страдали от загрязнения во время ручного производства, и, в частности, соли хлора часто были причиной коррозионных процессов, приводящих к высоким токам утечки. Хлор действует на алюминий как катализатор образования нестабильного оксида.
После Второй мировой войны эта проблема была известна, но измерительным оборудованием не было достаточно точным для обнаружения хлора в очень низких значениях ppm. Ситуация улучшилась втечение следующих 20 лет, и конденсаторы стали достаточно хорошими для приложений с более длительным сроком службы. Это, в свою очередь, приводит к ранее незамеченной коррозии, вызванной водой, которая ослабляет стабильный диэлектрический оксидный слой во время хранения или неиспользования. Это приводит к высоким токам утечки после хранения. Большинство электролитов в это время содержат воду, многие конденсаторы достигают конца срока службы из-за высыхания. Коррозия, вызванная водой, причина применения рекомендуемых инструкций по предварительным условиям.
Первым решением в 1970-х годах стала разработка безводных электролитных систем на основе концепции растворителей. Их преимущества, среди прочего, заключаются в более низких токах утечки и почти неограниченном сроке годности, но это привело к другой проблеме: растущее массовое производство автоматических вставных плат требует мыть печатных плат после пайки; эти очищающие растворы содержали хлоралкан (CFC ). Такие галогенные растворы иногда проникают через уплотнение конденсатора и вызывают хлора. Снова возникла проблема утечки тока.
Использование CFC в качестве растворителей для химической чистки было прекращено, например, директивой IPPC по парниковым газам в 1994 году и Директива по летучим органическим соединениям (VOC) ЕС в 1997 году. Тем временем были разработаны электролитические системы с добавками для подавления реакции между анодным оксидом алюминия и водой, что устраняет большую часть высокой утечки текущих проблем после хранения.
Способность нетвердых алюминиевых электролитических конденсаторов стабильное поведение в течение длительного времени хранения может быть проверена с помощью ускоренного теста хранения конденсаторов при температуре максимальной категории в течение определенного периода, обычно 1000 часов без подачи напряжения. Этот «тест на срок годности» является индикатором химического инертного поведения электролитической системы по отношению к диэлектрическому слою оксида алюминия, поскольку все химические реакции ускоряются высокими температурами. Почти все сегодняшние серии конденсаторов выдерживают испытание на срок хранения 1000 часов, что эквивалентно как минимум пятилетнему сроку хранения при комнатной температуре. Современные электролитические конденсаторы не нуждаются в предварительной подготовке после такого хранения. Однако многие конденсаторы рассчитаны на двухлетний срок хранения, но предел прочности из-за окисления клемм и, как следствие, проблем с паяемостью.
Для восстановления старинного радиооборудования с использованием старых электролитических конденсаторов, построенных в 1970-х годах или ранее часто рекомендуется «предварительное кондиционирование». Для этого номинальное напряжение на конденсатор через сопротивление примерно 1 кОм в течение одного часа. Подача напряжения через защитный резистор восстанавливает оксидный слой самовосстановления, но медленно, путем сводя к минимуму внутреннего нагревателя. Если конденсаторы по-прежнему не соответствуют требованиям току утечки после предварительной подготовки, это может быть признаком необратимого повреждения.
 |  |  |  |
| Электролитический. конденсатор | Электролитический. конденсатор | Электролитический. конденсатор | Биполярный. электролитический конденсатор |
Алюминиевые электролитические конденсаторы меньшего или низкого напряжения могут быть подключены параллельно без какой-либо коррекции безопасности. Конденсаторы больших размеров, особенно большие и высоковольтные, должны быть индивидуально защищены от внезапного энергетического заряда всей конденсаторной батареи из-за неисправного образца.
Некоторыми приложениям, такими как преобразователи переменного / переменного тока со звеном постоянного тока для регулирования частоты в трехфазных сетей, требуется более высокое напряжение, чем в электролитических конденсаторы обычно предъявляются. Для таких приложений электролитические конденсаторы могут быть подключены последовательно для повышения устойчивости к напряжению. Во время зарядки напряжения на каждом из соединенных конденсаторов пропорционально величине тока утечки отдельного конденсатора. Каждый конденсатор несколько отличается по отдельному током утечки, конденсаторы с более высоким током утечки будут получать меньшее напряжение. Баланс напряжений на соединенных конденсаторах не симметричен. Для стабилизации напряжения на каждом отдельном конденсаторе должен быть обеспечен пассивный или активный баланс.
На электролитических конденсаторах, как и на других электронных компонентах, нанесена маркировка, указывающая на производителя, тип, электрические и тепловые характеристики и дату изготовления. В идеальном случае, если они достаточно большие, конденсатор должен быть промаркирован:
Конденсаторы меньшего размера используют сокращенное обозначение для отображения всей необходимой информации в ограниченном доступном пространстве. Наиболее часто используется: XYZ K / M VOLTS V, где XYZ представляет собой емкость в мкФ, буквы K или M допустим (± 10% и ± 20% соответственно), а VOLTS V представляет собой номинальное напряжение. Пример:
Емкость, допуск и дата изготовления также обозначаться коротким кодом в соответствии с IEC 60062. Примеры короткой маркировки номинальной емкости (микрофарад):
Дата изготовления указана часто печатается в соответствии с стандартами в сокращенной форме.
Код года: «R» = 2003, «S» = 2004, «T» = 2005, «U» = 2006, «V» = 2007, «W» = 2008, «X» = 2009, «A» = 2010, «B» = 2011, «C» = 2012, «D» = 2013, «E» = 2014, «F» = 2015 и т. Д. Код месяца: от «1» до «9» = с января по сентябрь, «O» = октябрь., «N» = ноябрь, «D» = декабрь, «C5» означает «2012, май»
Маркировка полярности на SMD-V- Микросхема конденсатора SMD Электролитические конденсаторы с нетвердым электролитом (вертикальные микросхемы, V-образные микросхемы) имеют цветной полукруг или полосу минуса на верхней стороне, видимую для обозначения минуса сторона терминала. Кроме того, изолирующая пластина под корпусом конденсатора использует два скошенных края, чтобы указать, что отрицательный вывод находится в дополнительном положении.
Радиальные или несимметричные электролитические конденсаторы имеют полосу на стороне конденсатора для обозначения отрицательного вывода. Отрицательный вывод короче положительного. Кроме того, отрицательная клемма может иметь рифленую поверхность, выбитую на верхней части соединительного выступа.
Осевые электролитические конденсаторы имеют полосу поперек или корпуса, указывающую на конец отрицательного вывода, чтобы обозначить отрицательную клемму. Положительный вывод конденсатора находится на стороне уплотнения. Отрицательный вывод короче положительного.
На печатной плате принято указывать правильную ориентацию, используя квадратную площадку со сквозным отверстием для положительного вывода и круглую площадку для отрицательного.
Стандартизация всех электрических, электронных компонентов и связанных с ними технологий соответствует правилам, установленным Международной электротехнической комиссией (IEC), некоммерческая, неправительственная международная организация по стандартизации.
Определение характеристик и процедура методов испытаний для конденсаторов для использования в электронном оборудовании, изложены в Общих технических условиях:
Испытания и требования, которым должны соответствовать алюминиевые электролитические конденсаторы для использования в электронном оборудовании для утверждения в качестве стандартизованные типы изложены в следующих разделах спецификаций:
Типичные области применения алюминиевых электролитических конденсаторов без -твердый электролит:
Преимущества:
Недостатки:
Рынок алюминиевых электролитических конденсаторов в 2010 году был aro и 3,9 миллиарда долларов США (приблизительно 2,9 миллиарда евро), что составляет около 22% стоимости всего рынка конденсаторов, составляющего примерно 18 миллиардов долларов США (2008 г.). В количестве штук эти конденсаторы покрывают около 6% от общего рынка конденсаторов, составляющего от 70 до 80 миллиардов штук.
| Производитель | Доступные стили | ||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| SMD- | Радиальный | Осевой | Snap-in | Винтовой-. клемма | Биполярный. Аудио | Мотор-. пуск | Полимер | Полимер-. Гибрид | |
| CapXon, | X | X | – | X | X | X | – | X | X |
| Daewoo, ( Partsnic) | X | X | – | X | – | – | – | – | – |
| CDE Cornell Dubillier | – | X | X | X | X | – | – | X | – |
| Capacitor Industries | – | – | – | X | X | – | X | – | – |
| Chinsan, (Elite) | – | X | – | X | X | X | X | X | – |
| Elna | X | X | – | X | X | X | – | X | – |
| Frolyt | X | X | X | – | X | – | – | – | – |
| Fischer Tausche | – | – | – | – | – | – | – | – | – |
| Hitachi | – | – | – | X | X | – | – | – | – |
| Hitano | X | X | X | X | – | – | – | – | – |
| Illinois Capacitor | X | X | X | X | X | X | – | – | – |
| Itelcond | – | – | – | X | X | – | – | – | – |
| Jackcon | X | X | X | X | – | X | – | – | – |
| Jianghai | X | X | – | X | X | – | – | X | – |
| Lelon | X | X | – | X | X | X | – | X | – |
| Kaimei Electronic Corp, (Jamicon) | X | X | – | X | X | X | – | X | – |
| KEMET-Evox-Rifa Group | X | X | X | X | X | – | X | – | – |
| MAN YUE, (Capxon) | X | X | – | X | X | X | – | – | – |
| Nantung | X | X | – | X | – | X | – | – | – |
| Nippon Chemi-Con, (NCC, ECC, UCC) | X | X | X | X | X | X | – | X | X |
| NIC | X | X | – | X | – | X | – | X | X |
| Nichicon | X | X | – | X | X | X | – | X | X |
| Panasonic, Matsushita | X | X | X | X | – | X | – | X | X |
| Richey Capacitor Inc. Richey | X | X | X | X | – | – | – | – | – |
| Rubycon | X | X | – | X | X | X | – | X | – |
| SUN Electronic Industry | – | X | – | – | – | – | – | X | – |
| Suntan | X | X | X | X | X | X | – | X | – |
| TDK EP COS | – | X | X | X | X | – | – | – | – |
| Vishay, (BCc, Roederstein) | X | X | X | X | X | – | – | – | – |
| Würth Elektronik eiSo s | X | X | - | X | X | X | – | X | – |
| Yageo | X | X | – | X | X | – | – | X | – |
