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电解电容发热的原因是什么 详解电解电容发热之缘由

本站为您提供的电解电容发热的原因是什么 详解电解电容发热之缘由,电解电容器为极性电容,因电解电容器介质氧化膜具有单向导电性,下图为电解电容介质氧化膜耐压与漏电流伏安特性曲线图,与二极管伏安特性图类似。

本文首要介绍的是关于电解电容发热原因解析,探讨了电解电容发热的首要要素,期望本文能让你对电解电容法发热现象有更全面的了解。

电解电容

电解电容是电容的一种,金属箔为正极(铝或钽),与正极紧贴金属的氧化膜(氧化铝或五氧化二钽)是电介质,阴极由导电资料、电解质(电解质可所以液体或固体)和其他资料一起组成,因电解质是阴极的首要部分,电解电容因而而得名。一起电解电容正负不行接错。铝电解电容器能够分为四类:引线型铝电解电容器;牛角型铝电解电容器;螺栓式铝电解电容器;固态铝电解电容器。

电解电容作业原理

电解电容器一般是由金属箔(铝/钽)作为正电极,金属箔的绝缘氧化层(氧化铝/钽五氧化物)作为电介质,电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。铝电解电容器的负电极由浸过电解质液(液态电解质)的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成;钽电解电容器的负电极一般选用二氧化锰。因为均以电解质作为负电极(留意和电介质区别),电解电容器因而得名。

电解电容运用

有极性电解电容器一般在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、退耦、信号耦合及时刻常数设定、隔直流等效果。一般不能用于沟通电源电路,在直流电源电路中作滤波电容运用时,其阳极(正极)应与电源电压的正极端相衔接,阴极(负极)与电源电压的负极端相衔接,不能接反,否则会损坏电容器。

无极性电解电容器一般用于音箱分频器电路、电视机S校对电路及单相电动机的起动电路。

电解电容器广泛运用于家用电器和各种电子产品中,其容量规模较大,一般为1~33000μF,额外作业电压规模为6.3~700V。其缺陷是介质损耗、容量差错较大(最大答应误差为+100%、-20%),耐高温性较差,寄存时刻长简单失效。

电解电容的极性,留意调查在电解电容的旁边面有“-”是负极、“+”是正极,假如电解电容上没有标明正负极,也能够依据它的引脚的长短来判别,长脚为正极,短脚为负极。

电解电容发热的原因是什么

什么是纹波

纹波的界说是指在直流电压和电流中,叠加在直流安稳量上的沟通重量。在评价纹波时,一般环绕纹波电压和纹波电流这两个组成部分来进行。在大多数运用中,纹波和噪声是工程师要最大极限按捺的一种电路状况。例如,在将沟通电源转换成安稳直流输出的AC-DC转换器中,要极力避免AC电源会以一种小幅、依据频率的改变信号叠加在DC输出之上的一种现象。别的,对选用钽、铝和铌氧化物等有极性的电容器来说,还有另一个需特别留意的当地:不要让纹波电压的最小值掉到零电位以下,因为这将导致有极性电容作业在反向偏压条件。

电解电容发热的原因是什么 详解电解电容发热之缘由

电容发热的首要要素

纹波是导致电容自发热的原因之一,电容起着电荷库的效果,当电压添加时,它们被充电;电压下降时,它们向负载放电;它们实质上起着滑润信号的效果。当电容遭到纹波电压非直流电压时,电容将阅历改变的电压,并依据施加的电源,还或许有改变的电流,以及接连和间歇性的脉动功率。不管输入方式为何,电容电场阅历的改变将导致介电资猜中偶极子的振动,然后发作热量。这一被称为自发热的反响行为,是介电功能成为重要目标的首要原因之一,因为任何寄生电阻(ESR)或电感(ESL)都将添加能耗。

理论上,一个完美的电容,本身不会发作任何能量丢失,可是实际上,因为制作电容的资料有电阻、电感,电容的绝缘介质有损耗,各种原因导致电容变得不“完美”。一个不“完美”的电容其等效电路可当作由电阻、电容、电感组成,如下图为一个不“完美”的钽电容,其等效电路由电阻、电容、电感、二极管串并联电路组成。

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AVX TAJ系列标准100uF/16V钽电容器具体等效电路图

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容量与频率联系曲线

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DF与频率联系曲线

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ESR、Z与频率联系曲线

由上图可知,该钽电容器SRF(自谐振频率)在500KHz左右,该点Z值最小,谐振频率点之前电容呈容性,谐振点之后电容呈理性,也便是说在频率很高,超越电容自谐振频率的状况下,电容就不在是"电容"了 ,此刻的功率损耗首要由电容的寄生电感引起,P耗=I2rms·2πf·L,所以高频下,低ESR、ESL电容的发热少。

电容电介质很薄,就电容的总质量来说,它或许仅占一小部分,所以在评价波纹时,也需考虑其结构中所用的其它资料。例如,无极性电容(如陶瓷或薄膜电容)中的电容板是金属的;而极性电容(如钽或铝),具有一个金属阳极(而在铌氧化物技能中,阳极是导电氧化物)和一个电解质阴极(如二氧化锰或导电聚合物)。在内外部衔接或引脚上,还有各种导电触点,包含金属(如:铜、镍、银钯和锡等)和导电环氧树脂等都会添加阻抗成份,当AC信号或电流经过这些资料(资料阻抗成份即电容器等效串联电阻ESR)时,它们都会有必定程度的发热。

要了解这些要素怎么发挥效果,咱们以运用固体钽电容器在直流电源输出级滑润残留AC纹波电流为例。首要,因为它是有极性电容器,所以需求一个正电压偏置,以避免AC重量引起反向偏压状况的发作。该偏置电压一般是电源的额外输出电压。

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纹波电压叠加在偏置电压上

Voltage:电压 Time:时刻

钽电容纹波发热是因为经过钽电容的纹波电流在钽电容等效串联电阻上出产了功率损耗。咱们看由在给定频率下电流的纹波值在钽电容等效串联电阻发作的功耗(等于I2R,其间“I”是电流均方根[rms])。

P耗=I2rms·ESR(由纹波电流引起的功耗)

Irms:必定频率下的纹波电流,ESR:电容等效串联电阻。

咱们以调查一个正弦纹波电流及其RMS等效值下手。假如在某一频率,咱们使一个1A Irms的电流流经一个100mΩESR的电容,其发作的功耗是100mW。若接连供电,根据电容元件结构和封装资料的热容量、以及向周围散热所采纳的一切办法(例如:对流、传导和辐射的组合),该电流将使电容在内部发热,直到它与周围环境到达平衡。

电容发热的非有必要要素

别的在咱们考虑纹波前,咱们有必要留意由施加的直流偏压发作的发热。电容不是抱负器材,一种寄生现象是跨接介电资料的并联电阻(RLi),该电阻将导致漏电流的发作。这个小DC电流会导致发热,可是不像其它典型运用的纹波状况,该发热一般可疏忽不计。电容漏电流引起的功耗可由下式核算:

P耗=I2DCL·R(由漏电流引起的功耗)

IDCL:指钽电容漏电流, R:是跨接介电资料的并联电阻(近似于钽电容绝缘电阻)

如图1中100uF/16V钽电容等效电路的绝缘电阻RLi等于1.1MΩ,在室温下,其IDCL不超越10uA(100uA@85℃),所以其最大功耗约为0.11mW,在这种状况,纹波发热是DC漏电流发热的1000倍,因而后者(如前所述)能够疏忽不计。

当作业电压超越电容最大接受电压、极性电容反向、电容器介质绝缘功能下降等状况运用,此刻电容发热首要由漏电流引起,如下图以电解电容为例阐明。

电解电容器为极性电容,因电解电容器介质氧化膜具有单向导电性,下图为电解电容介质氧化膜耐压与漏电流伏安特性曲线图,与二极管伏安特性图相似。

电解电容发热的原因是什么 详解电解电容发热之缘由

电解电容器介质氧化膜V-I特性曲线图

图6为电解电容器介质氧化膜V-I特性曲线图,决议了电解电容器单向导电性,是有极性电解电容器。因为阴极箔外表有天然氧化的氧化膜,可耐极低的反向电压。给电解电容器加反向电压,会形成电解电容器阳极外表介质氧化膜击穿、破损,且在反向电流效果下破损的介质氧化膜无法修正,导致介质氧化膜绝缘功能下降,电解电容器内部漏电流DCL会急剧增大,内部漏电流DCL经过绝缘电阻会发作功率损耗,终究导致电解电容器发热。能够说漏电流是衡量电容器介质绝缘功能好坏的标志,关于一些精细电路和漏电流灵敏电路运用电容器时,检测电容的漏电流或绝缘电阻是不行疏忽的。

结语

简而言之,引起电解电容发热的首要要素是叠加在直流上的纹波,浅显点便是耐压不行或许内部漏电。

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