Christian Kasper （儒卓力(Rutronik)公司 电解和聚合物电容器技能支持部分）
摘要：自众所周知的“电容器瘟疫”以来，水性电解电容器在业界的形象一向欠安。不过，物是人非，它们现在能够满意现代电子产品的要害要求，而且以聚合物混合电容器的方式成为新的代替产品。
要害词：电解电容器；水性；铝
在21世纪初，水性电解电容器一般运用过错的抑制剂或钝化剂混合物来制作，导致电容器呈现通风开口、橡胶塞被推出，或许组件因爆破而彻底被损坏，这便是所谓的“电容器瘟疫(capacitor plague)”。如今这些问题不再存在了，如要了解这些电容器的优势及其对现代电子设备的长处，便需求知晓关于这些组件的根本知识。
1 电解电容器怎么作业？
与其他电容器技能比较，铝电解电容器有一个主要优势：具有吸引力的实惠价格，可保证在最小的空间内完成高电容值。此外，它对过电压不灵敏，这是数据手册中浪涌电压参数杰出着重的现实。铝电解电容器的缺点则是其阻抗较高，电解液会随时刻的推移而干枯，低温下阻抗大幅添加以及其对作业温度的依赖性。这是由规则的组件参数决议的，而组件参数又由所运用的电解质来决议。
2 电解电容器的规划
具有液体电解质的电解电容器(e-cap)根本上由两个由阻隔纸分离隔的铝箔条组成（如图1）。经过电化学蚀刻增大阳极铝箔的有用触摸面积。当施加电压(构成)时，在表面上构成一层薄薄的氧化铝层，可充任电介质。液体或固体电解质则构成了阴极，它通过第二铝箔与外部触摸。两个铝箔在预定点缝合在一起，然后与阻隔纸一同环绕并浸泡在液体电解质顶用于浸渍意图。最终，运用橡胶塞来密封带有浸渍绕组的电容器罐。
在规划电容器时，随后的等效串联电阻(ESR)值由缝合、所用电解质和阻隔纸决议。
3 电解质的比较
现在，有多种不同液体电解质用于电解电容器中。含有乙二醇(EG)或硼酸的电解质首要用于温度高达85℃的中高压电解电容器中。
在这种情况下，电解质中的水含量约为5%~20%。可运用抑制剂(化学抑制剂)来避免氧化铝层遭到水的负面影响。有机电解质，比方二甲基甲酰胺(DMF)、γ–丁内酯(GBL)和二甲基乙酰胺(DMA)答运用于-55~150℃ 的宽温度规模。它们具有安稳的参数，例如低走漏电流和杰出的长时间功能，因而能够完成长时刻运转。这些有机电解质的含水量极低。
含水电解质的含水量可高达70%。这种高浓度具有以下长处：介电常数(介电导电率) ε= 81的水具有结合极很多盐离子的优异功能。这带来了超卓的导电率，反映在极低的ESR中。
相反地，与简直无水的传统电解质比较，水性电解质能够完成显着更高的纹波电流功能。此外，由于含水量高，电解质填充的资料本钱显着下降了。
可是，它们也有一个严峻缺点，由于水在与铝直触摸摸时会产生水合反响。可是，巩固的氧化铝层可以维护铝。将抑制剂或钝化剂添加到电解质中，能够避免即便呈现损坏层的情况下(例如，由于出产过错或 长时间贮存)水合或腐蚀反响的产生。假如不采纳这一过程，当水和铝触摸时会构成很多的热量和气体(氢气)，使得电容器遭到很大的损坏，甚至在极点情况下还会爆破。
即便在今日，一些组件规范仍然会声明永久不该运用水性电解电容器。可是，这项规范并没有详细的界说，例如，最大答应含水量的约束。此外，参加添 加剂的负面影响不再存在了，使得这类电容器成为使用寿命长或负载系数高的运用的抱负挑选。具有较高含水量的电解质常见于当今的低ESR类型产品，其特点是具有高纹波电流耐受功能，在105℃下的运用寿命至少为1万h。
4 特别聚合物混合型
假如首要方针不仅是要取得抱负的电容值，还要得到十分低的ESR，则液体电解质能够部分或彻底被导电聚合物代替。这些混合型产品彻底经过了AECQ200认证。它们将液体无水电解质与固体聚合物的高导电性结合在一同。为此意图，液体电解质也是部分根据聚合物的。氧化铝层和相对的阴极箔被导电聚合物覆盖着，随后作为固态介质存在于电容器中。
聚合物的高导电性显着改进了氧化铝对液体电解质和阴极箔的触摸电阻。
结果是：十分低的ESR和完成高纹波电流的或许性。改进后的ESR减少了运作期间的自热，而固体聚合物减少了会干枯的液体组件的份额。这便是混合型电解电容器的根本运用寿命比水性低ESR规范型要长得多的原因。与规范型相同，Arrhenius公式(-10℃温度=2倍运用寿命)用作大略预算各种温度下的运用寿命。
在电路中规划混合电容器时特别重要的是，它们在运用寿命、频率和温度曲线方面的功能体现。由于运用新的电解质，这些功能会与从前的产品型款彻底不同。
尽管ESR会跟着电解电容器在负温度规模内作业以及其运用寿命的添加而上升，可是相对混合类型而言其体现肯定安稳。此外，混合电容器没有呈现电容对频率的严峻依赖性，由于这儿的频率改变简直没有超越100 kHz。
另一方面，电解电容器在20 kHz时击穿至少40%。在名义上，规划具有混合电容器的电路时，可以显着下降总电容，一起仍可进步其功率。小型化也是或许的，由于混合技能能够在更小的结构形状中实现更高的纹波电流功能。
5 固体聚合物具有更好的功能
假如你期望彻底不必液体部件，能够运用固体聚合物电解电容器。在这种情况下，液体组件会被固体导电聚合物代替，这样能够取得更好的ESR和纹波电流功能，一起消除了电解液干枯的或许性。
6 呈现通风开口和走漏电解质的电解电容器（如图2）
运用寿命大致能够表明为-20℃温度=10倍运用寿命。缺点是价格高、适当高的走漏电流和湿度灵敏性。
由于固体聚合物会吸收水分，因而这些组件以干燥包装供货，而且一旦翻开就要满意严厉的处理要 求。这些产品类型仅在特别情况下经过AEC-Q200认证。此外，在实践结构形状方面，这项技能总是需求 在电压和电容之间作出取舍。由于固体电解质的缘故，与电解电容器或混合型电容器相同的杰出混合程度无法完成。
此外，固体电解电容器中的剩余电流比混合类型中的更显着，由于短少自在氧以用于电介质中与出产相关 的缺点的自我修正。混合型液体电解质含有氧气，能够自我修正并将剩余电流保持在规范电解电容器的水平。别的，固体电解质不能彻底浸透蚀刻铝箔的每个孔洞，这对可完成的电容数值具有负面影响，一起添加了漏电流。在频率、温度和运用寿命的安稳性方面，固体聚合物电解电容器与混合电容器旗鼓适当。
7 定论
跟着业界对ESR、结构形状、长时间安稳性和组件 价格的要求越来越高，水性电解电容器已成为必不行少的组件。假如技能方面无法满意需求，聚合物电容 器能够供给代替计划。特别地，混合型产品代表了性能和价格之间的超卓折衷，并受惠于供货商的不断进步开展。它们为电路规划供给了兼具小型化和高功率 这两个长处的新挑选。
（注：本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第8期第30页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。）
