铝电解电容器
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铝电解电容器(Aluminum electrolytic capacitors)是有极性的电解电容,其阳极电极(+)是由有蚀刻表面的铝箔制成,铝箔透过阳极处理,外围包覆著一层很薄的氧化铝绝缘层,是电容器的介电质。在氧化铝外面包覆著非固态的电解质,是电容器的阴极(-)。另外有一层铝箔,称为“阴极铝箔”。阴极铝箔会和电解质接触,连接到电容器的负极端子。
铝电解电容器可以依其电解质的种类分为三种:
非固态电解质的铝电解电容器是最便宜的电容器,其大小、电容量以及其电压等级的范围也最广。其电容量最小为0.1 µF,最大到2,700,000 µF(2.7 F)[1],电压等级从4 V到630 V[2]。液态电解质在介电的氧化层自我恢复时可以提供所需的氧气。不过电解质会蒸发,而干燥的过程会随温度而变化,因此会造成其电气参数的飘移,限制电容器的使用寿命。
铝电解电容器的电容值相对较高,即使在像市电频率之类的低频(50Hz或60Hz)下,铝电解电容器也有够低的阻抗。铝电解电容器一般会用在许多电气设备的电源供应器、开关模式电源及直流-直流转换器中,放在交流电整流电路后的平滑及缓冲电路中,铝电解电容器也用在许多工业的电源及频率转换器中,例如变频器的直流电容器、太阳能光伏中的逆变器、以及风能发电机的频率变换器。有些特殊的电容器会用在能量储存的应用中,例如闪光灯、 频闪闪光灯,或是音响中用的频率耦合装置。
铝电解电容器因为其阳极氧化的原理,是有极性的电容器,只能配合正确极性的直流电使用。若接到相反极性的直流电,或是接到交流电,会让电容器短路损毁。唯一的例子是双极的铝电解电容器,是二个阳极以背靠背方式组合的电容器,可以用在交流电的应用中。
应用及市场
[编辑]应用
[编辑]以下是非固态电解质铝电解电容器的主要应用:
- 开关模式电源、电源供应器及直流-直流转换器输入侧及输出侧的解耦电容,用在平滑及滤波电路[3]
- 交流/交流转换器(例如变频器、频率变换器)的直流链电容器,也用在不间断电源中。
- 功因修正电路中的功因修正电容。
- 安全气囊、安全气囊[4]及民用雷管中的能源储存装置。
- 交流电动机的启动电容器。
- 音响讯号耦合的双极性电容器。
- 相机闪光灯用的闪光电容器。
优点和缺点
[编辑]优点:
- 电容便宜,电容值高,可适用在较低频率的滤波。
- 其能量密度比薄膜电容和陶瓷电容要高
- 其功率密度较双电层电容器要高
- 没有峰值电流的限制
- 其外型、款式都有许多的变化,也有定制化的寿命、使用温度及电气参数。
- 许多制造商
缺点:
- 因为电解液蒸发,其寿命有一定限制
- 很低温的ESR及阻抗特性很差
- 对机械应力很敏感
- 对卤化物污染敏感
- 只能用在有固定电压极性的应用
市场
[编辑]2010年铝电解电容器的市场总值约为美金39亿元(约欧元29亿元),约占总电容器市场(2008年时约美金180亿元)的22%。若以数量来看,铝电解电容器的数量约为电容器整体数量(约700至800亿颗)的6%[5]。
在1999年至2007年期间,曾经出现一次铝电解电容器大量非预期报废的灾难,在之后的调查中认为,是铝电解电容器最早制造的日本Rubycon公司出逃了一名研究员,将电解液配方带到中国的厂商生产,之后该厂商的管理人员带着配方再次出逃,来到台湾传播给当地的生产商,在配方传至中国或台湾的过程中就已经不完整的,导致缺少避免电解液不稳定的成分,从而导致生产出来的电容器存在长期缺陷。
参考资料
[编辑]- ^ CDE, series DCMC, PDF (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- ^ Jianghai, 630 V-Elkos PDF 互联网档案馆的存档,存档日期2013-12-31.
- ^ Vishay, Engineering Solutions, Aluminum Capacitors in Power Supplies (PDF). [2019-01-23]. (原始内容 (PDF)存档于2021-03-01).
- ^ S. Parler, Cornell Dubilier CDE, "Heating in Aluminum Electrolytic Strobe and Photoflash Capacitors" PDF (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- ^ Electronic Capacitors SIC 3675, Industry report highbeam business, (页面存档备份,存于互联网档案馆)