上期回顧：電容選型與應用知識係列大講台—電容基礎知識大搜羅

中心議題：

• 電解電容的原理
• 電解電容的優、缺點
• 鋁電解電容器的壽命
• 鋁電解電容器的電路設計

一、電解電容的原理
電解電容是電容的一種，介質有電解液，塗層有極性
，分正負，不可接錯。電容由兩個金屬極，中間夾有絕緣材料（介質）構成。電解電容器通常是由金屬箔（鋁/鉭）作zuo為wei正zheng電dian極ji，金jin屬shu箔bo的de絕jue緣yuan氧yang化hua層ceng作zuo為wei電dian介jie質zhi，電dian解jie電dian容rong器qi以yi其qi正zheng電dian極ji的de不bu同tong分fen為wei鋁lv電dian解jie電dian容rong器qi和he鉭tan電dian解jie電dian容rong器qi。鋁lv電dian解jie電dian容rong器qi的de負fu電dian極ji由you浸jin過guo電dian解jie質zhi液ye（液態電解質）的薄紙/薄膜或電解質聚合物構成；鉭電解電容器的負電極通常采用二氧化錳。由於均以電解質作為負電極（注意和電介質區分），電解電容器因而得名。

 
延伸閱讀：電解電容解構

二、電解電容的特點
電解電容器特點一：單位體積的電容量非常大，比其它種類的電容大幾十到數百倍。
電解電容器特點二：額定的容量可以做到非常大，可以輕易做到幾萬μf甚至幾f（但不能和雙電層電容相比）。
電解電容器特點三：jiagebiqitazhongleijuyouyadaoxingyoushi，yinweidianjiedianrongdezuchengcailiaodoushiputongdegongyecailiao
，birulvdengdeng。zhizaodianjiedianrongdeshebeiyedoushiputongdegongyeshebei
，keyidaguimoshengchan，chengbenxiangduibijiaodi。
 
三、電解電容的缺點
內部損耗大：此主要是由於電解液所形成的電阻 加上相對於容量下鋁箔及接點本身的電阻所形成 此內電阻 在等價電路上為串聯電阻亦即影響逸散因子的因素。在大電流充放電時
，可能會引致發熱等現象。
 
靜電容量誤差大：因yin為wei電dian解jie電dian容rong器qi的de大da部bu分fen電dian容rong量liang是shi依yi靠kao鋁lv箔bo表biao麵mian凹ao凸tu不bu平ping的de曲qu麵mian及ji電dian解jie形xing成cheng的de氧yang化hua膜mo介jie質zhi所suo形xing成cheng，而er此ci二er者zhe不bu管guan在zai進jin行xing處chu理li或huo使shi用yong時shi，性xing質zhi均jun不bu安an定ding
，使shi得de許xu多duo電dian解jie質zhi電dian容rong器qi的de容rong量liang誤wu差cha為wei標biao示shi值zhi的de-20％到+80％。為此項缺陷在電源電路中並無所影響。
 
漏電流大：主要是因為介質特性的關係
，此在使用於交連等需要隔絕直流之處宜特別注意。
長期儲存後，漏電流有增大及容量降低之傾向：此乃由於氧化鋁膜長期浸漬在電解液中
，使鋁膜的介質特性劣化所致
，但可於施加電壓若幹時間後恢複之。
 
延伸閱讀：電解電容知識

四、鋁電解電容
鋁電解電容與其他的電容相比，具有體型小、容量大、對抗過高電壓和逆向電壓能力強的特征。在要求高性能和高信賴度的計算機、 導航儀技術以及影像設備、照相機閃光燈中得到廣泛應用。

1.電容量
電容器的電容量由測量交流容量時所呈現的阻抗決定。交流電容量隨頻率、電壓以及測量方法的變化而變化。JISC5102 規定:鋁電解電容的電容量的測定是在 120HZ 頻率,最大交流電壓為 0.5Vrms
、DC bias電壓為 1.5～2.0V 的條件下進行。鋁電解電容器的容量隨頻率的增加而減小。以下是典型的電容量隨頻率變化圖：

和頻率一樣，測量時的溫度對電容器的容量有一定的影響。隨著測量溫度的下降，電容量會變小。以下是典型的電容量隨頻率變化圖：

另一方麵，直流電容量，可通過施加直流電壓而測量其電荷得到，在常溫下容量比交流稍微的大一點，並且具有更優越的穩定特性。
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2.Tanδ（損耗角正切）
在等效電路中，串聯等效電阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比稱之為 Tan   δ，其測量條件與電容量相同。

 
Tanδ=RESR/ (1/ωC)=ωC RESR
 
其中：RESR =ESR（120 Hz）
，ω=2πf
，f=120Hz
 
Tan δ隨著測量頻率的增加而變大，隨測量溫度的下降而增大。以下是典型的電容量隨頻率變化圖：

 
3.阻抗（Z）
在特定的頻率下，阻礙交流電通過的電阻就是所謂的阻抗（Z）。它與容量以及電感密切相關，並且與等效串聯電阻 ESR 也有關係。具體表達式如下：

以下是典型的電容量隨頻率變化圖：

 
由圖可知電容的容抗（Xc）在低頻率範圍內隨著頻率的增加逐步減小，頻率繼續增加達到中頻範圍電抗（XL）降致 ESR。當頻率達到高頻範圍感抗（XL）變為主導，所以電抗隨著頻率的增加而增加。由於電解液電導率隨溫度改變而改變
，所以阻抗隨著溫度的變化而變化如下圖所示：

4.漏電流
電dian容rong器qi的de介jie質zhi對dui直zhi流liu電dian具ju有you很hen大da的de阻zu礙ai作zuo用yong。然ran而er，由you於yu鋁lv氧yang化hua膜mo介jie質zhi上shang浸jin有you電dian解jie液ye，在zai施shi加jia電dian壓ya時shi

，重zhong新xin形xing成cheng以yi及ji修xiu複fu氧yang化hua膜mo的de時shi候hou會hui產chan生sheng一yi種zhong很hen小xiao的de稱cheng之zhi為wei漏lou電dian流liu的de電dian流liu
，剛gang施shi加jia電dian壓ya時shi，漏lou電dian流liu較jiao大da，隨sui著zhe時shi間jian的de延yan長chang，漏lou電dian流liu會hui逐zhu漸jian減jian小xiao並bing最zui終zhong保bao持chi穩wen定ding。

測試溫度和電壓對漏電流具有很大的影響。漏電流會隨著溫度和電壓的升高而增大（如下圖所示）。

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5.鋁電解電容器的壽命
5.1.忽略紋波電流時的壽命推算
一yi般ban而er言yan，鋁lv電dian解jie電dian容rong器qi的de壽shou命ming與yu周zhou圍wei的de環huan境jing溫wen度du有you很hen大da的de關guan係xi，其qi壽shou命ming可ke以yi由you以yi下xia公gong式shi計ji算suan。與yu溫wen度du比bi較jiao，降jiang壓ya使shi用yong對dui電dian容rong器qi的de壽shou命ming影ying響xiang很hen小xiao
，可ke忽hu略lve不bu計ji。

其中，L：溫度 T 時的壽命，L0：溫度 T0 時的壽命
 
5.2.考慮紋波電流時壽命的推算
疊加紋波電流，由於內部等效串連電阻（ESR）引起發熱，從而影響電容器的使用壽命
，產生的熱量可由下式計算

其中，I：紋波電流（Arms）
，R：等效串聯電阻（Ω）
由於發熱引起的溫升如下式所示：
 
其中
，△T:電容器中心的溫升（℃）,I::紋波電流 (Arms) ,R: ESR (Ω),A:電容器的表麵積(cm2), H:      散熱係數( 1.5~2.0x10-3W/cm2℃)
 
上麵公式（3）顯示電容器的溫度上升與紋波電流的平方以及等效串聯電阻 ESR 成cheng正zheng比bi
，與yu電dian容rong器qi的de表biao麵mian積ji成cheng反fan比bi，因yin此ci
，紋wen波bo電dian流liu的de大da小xiao決jue定ding著zhe產chan生sheng熱re量liang的de大da小xiao
，且qie影ying響xiang其qi使shi用yong壽shou命ming，電dian容rong器qi的de類lei型xing以yi及ji使shi用yong條tiao件jian影ying響xiang著zhe△T 值的大小，般情況下，△T<5℃。下圖表示紋波電流引起的溫升的測量處

測試結果：
 
（1）.考慮到環境溫度和紋波電流時的壽命公式
 
其中，Ld：直流工作電壓下的使用壽命,（K=2
，紋波電流允許的範圍內）,（K=4
，超過紋波電流範圍時）,T0：最高使用溫度,T：工作溫度,△T：中心溫升
 
（2）電容器工作在額定的紋波電流和上限溫度時，電容器的壽命可通過轉化（4）式得到，如下：

其中，Lr：工作在額定紋波電流和最高工作溫度下的壽命（h）,△T0：最高工作溫度下的電容器中心容許溫升。
 
（3）考慮紋波電流，環境溫度時可由（5）式得到下式：

其中，I0：最高工作溫度下的額定紋波電流（Arms）,I：疊加的紋波電流（Arms）
 
由於直接測量電容器的內部溫升存在著困難
，下表列出了表麵溫度和內部核心溫度的換算關係。

壽命的推算公式，原則上適用於周圍環境溫度為+40℃到最高工作溫度範圍內
，但由於封口材料的老化等因素
，實際的推算壽命時間一般最大為 15 年。

表 5-1    壽命推算曲線

延伸閱讀：電解電容的使用壽命
                 淺談電解電容壽命——請注意測試條件！
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 6.冗餘電壓
鋁電解電容器先充電，再放電，而後再將兩引線短接，再將其放置一段時間後
，兩端子間存在電壓上升的現象
；由you這zhe種zhong現xian象xiang所suo引yin起qi的de電dian壓ya稱cheng之zhi為wei再zai生sheng電dian壓ya。當dang電dian壓ya施shi加jia在zai介jie質zhi之zhi上shang時shi，在zai介jie質zhi內nei部bu引yin起qi電dian子zi的de轉zhuan移yi，從cong而er在zai介jie質zhi內nei部bu產chan生sheng感gan應ying電dian場chang，其qi方fang向xiang與yu電dian壓ya的de方fang向xiang相xiang反fan，這zhe種zhong現xian象xiang稱cheng之zhi為wei極ji化hua反fan應ying。在zai施shi加jia電dian壓ya引yin起qi介jie質zhi極ji化hua後hou，如ru果guo兩liang端duan子zi進jin行xing放fang電dian一yi直zhi到dao端duan子zi間jian的de電dian壓ya為wei零ling，而er後hou將jiang其qi開kai路lu放fang置zhi一yi段duan時shi間jian後hou
，一yi種zhong潛qian在zai的de電dian勢shi將jiang出chu現xian在zai兩liang端duan子zi上shang
，這zhe樣yang就jiu引yin起qi了le再zai生sheng電dian壓ya。再zai生sheng電dian壓ya在zai電dian容rong器qi開kai路lu放fang置zhi 10~20 天時達到峰值
，然後逐漸降低
，再生電壓有隨元件變大而增大的趨勢（基板自立形）ruguodianrongqizaichanshengzaishengdianyahou，liangduanziduanlu
，shunjiangaodianyafangdiankenengyinqizuzhuangxianshangdecaozuoyuangongdekongjugan，bingqie，youkenengdaozhiyixiediyaqudongyuanjian（如CPU
，存儲器等）被擊穿的危險
，預防出現這種情況的措施是在使用前加 100Ω~1KΩ的電阻進行放電
，或者在產品包裝中用鋁箔覆蓋引起兩端子間短路。
 
7.極性
lvdianjiedianrongqiyibanshiyoujixingde。jixingjiefanshizaochenglvdianjiedianrongqiduanlujilouyedeyuanyin，bingkenengdaozhiweixiandefasheng。yincizaiwufabianshidedianqihuilushanghuoshiyongyuyoujixingbianhuanshejidehuilushi，qingxuanyongshuangjixingdianjiedianrongqi。
 
8.電解電容器的儲存
電解電容器應在溫度為 5～30℃
，濕度為 75%以下的室內儲存。當電解電容器經過了長時間放置後，由
於原電池的作用使其漏電流有增加傾向。因此在使用經過長時間放置的電解電容器以前
，需先施加額定電
壓直至其電氣特性恢複正常。
 
9.電路設計
在電路設計及生產過程中
，應嚴格按照鋁電解電容器的額定性能範圍使用，盡量避免下述情況下使用
（1）     高溫（溫度超過最高使用溫度）
（2）     過流（電流超過最高紋波電流）
（3）     過壓（電壓超過最高額定工作電壓）
（4）     反向加壓或交流電壓
（5）     使用於多次急劇充放電的回路中
電容器外殼、輔助引出端子與正

、負極以及電路板間必須完全隔離
；當電容器套管的絕緣性能不能保證時，在有絕緣性能特定要求的地方不要使用；
 
電容選型與應用知識係列大講台—電解電容應用選型篇（二）