电解电容器的基础知识

本文主要介绍电解电容器的基础知识，包括其参数、分类、应用等。

电解电容器是按结构和制造工艺划分的一种电容器。一般来说，电解电容是极化电容。电解电容器的阳极采用可钝化的金属材料，如铝、钽、铌、钛等，介质材料是阳极金属材料表面形成的致密氧化膜。电解电容器的阴极采用电解质。电解电容器的主要特点是它们可以获得比普通电容器大得多的电容（假设耐受电压相同）。电解电容器因其使用电解质作为阴极而得名。

— 额定电容

额定电容是电容器上标注的电容值。

— 基本单位

电容器的基本单位是法拉（F），但这个单位太大，实际使用中无法使用。

其他单元之间的关系如下：

1F=1000mF

1mF=1000μF

1μF= 1000nF

1nF=1000pF

—准确性

实际电容与额定电容之间的偏差称为误差，精度是在允许偏差范围内的误差。

精度等级与允许偏差的对应关系为：00(01)-±1%、0(02)-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、Ⅳ -(+20%-10%)、Ⅴ-(+50%-20%)、Ⅵ-(+50%-30%)

普通电容器常为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，电解电容器常为Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级。

—标称电压

标称电压是指在最低环境温度和额定环境温度下，可连续施加于电容器的直流电压的最大有效值。一般直接标在电容器外壳上。如果工作电压超过电容器的耐受电压，它们将被击穿并造成不可修复的永久性损坏。

—绝缘电阻

对电容器施加直流电压并产生漏电流。直流电压与漏电流之比为绝缘电阻。

当电容较小时，绝缘电阻主要取决于电容器的表面状态。当容量>0.1uf时，主要看介质的性能。绝缘电阻越大越好。

——时间常数

引入时间常数来评估大电容器的绝缘性。它等于绝缘电阻乘以电容的结果。

—损失

在电场作用下，电容器单位时间内因发热而消耗的能量称为损耗。各种电容器都规定了自己在一定频率范围内的允许损耗值。电容器的损耗主要是由电容器所有金属部分的电介质、电导损耗和电阻引起的。

在直流电场的作用下，电容器的损耗以漏电损耗的形式存在，一般较小。在交变电场作用下，电容器的损耗不仅与漏导有关，还与周期性极化建立过程有关。

—频率

随着频率的增加，一般来说，电容器的电容量会减小。

—极性和电路符号

—等效电路

漏电：漏电电阻

ESR：等效串联电阻

ESL：等效串联电感

预期寿命：电解电容器在最高工作温度下连续工作的持续时间。

lx=lo*2(to-ta)/10

lx=实际工作寿命

lo=保修期

to=最高工作温度

ta=电容器的实际工作温度

电解电容一般分为铝电解电容、钽电解电容和铌电解电容三大类。

2.1.1 介绍

铝电解电容器是极化电解电容器。它们的阳极由铝箔制成，表面蚀刻。铝箔上涂有一层薄薄的氧化铝绝缘层，是电容器的电介质。氧化铝涂有非固体电解质，这是电容器的阴极 (-)。还有一层铝箔，称为“阴极铝箔”，与电解液接触，与电容器的负极相连。

铝电解电容器按其电解液的种类可分为三类：非固体铝电解电容器；电解液为固体二氧化锰的固体铝电容器；电解质为固体聚合物的聚合物电容器。

非固体铝电解电容器是最便宜的一种，具有最广泛的尺寸、电容和电压等级。它们的最小电容为 0.1µF，最大为 270 万 µF (2.7 F)，电压范围为 4 V 至 630 V。液体电解质提供所需的氧气，因为介电氧化物层会自行恢复。但是电解液会蒸发并且干燥过程随温度变化，导致电气参数漂移并限制电容器的寿命。

人的结构UMIN鎓电解电容

2 . 1.2优缺点

好处

—铝电解电容器价格便宜，容量大，可用于低频滤波。

—它们的能量密度高于薄膜电容器和陶瓷电容器。

—它们的功率密度高于双层电容器。

—峰值电流没有限制。

—外观款式多样，定制寿命、使用温度、电气参数等变化多端。

—有很多铝电解电容器制造商。

缺点

—铝电解电容器的寿命受到电解液蒸发的限制。

—铝电解电容器对机械应力敏感。

—铝电解电容器对卤化物污染很敏感。

2.1.3应用

铝电解电容器通常用于许多电气设备的电源、开关电源和DC-DC转换器。它们还用于许多工业电源转换器和变频器。一些特殊的电容器用于储能，如频闪灯、闪光灯或音频中使用的频率耦合器件。

铝电解电容器由于其阳极氧化而成为极化电容器。它们只能与正确极性的直流电一起使用。如果将它们连接到与直流电或交流电相反的极性上，它们会因短路而损坏。唯一的例外是双极铝电解电容器，可用于交流电。

2.2.1简介

钽电解电容器的阳极由钽颗粒制成，外覆绝缘氧化物作为电介质，周围环绕着作为阴极的液体或固体电解质。由于钽电解电容器介电层薄，容性高，其单位体积的电容量比普通电容器和其他电解电容器大。

目前钽电解电容器主要分为烧结固体、箔状绕组固体和烧结液体三种，其中烧结固体占总产量的95%以上，主要种类为非金属密封树脂封装。

钽电解电容器的工作介质是在钽表面形成的极薄的五氧化二钽薄膜。这层氧化膜介质与电容器的一端是一体的，不能单独存在。因此，单位体积的电容特别大。即比容量非常高，所以特别适合小型化。

钽电解电容器在工作过程中，具有自动修复或隔离氧化膜中缺陷性能的能力，使氧化膜介质得到强化，随时恢复其应有的绝缘能力，而不会遭受连续的累积损坏。这种独特的自愈能力保证了它们的长寿命和可靠性优势。电容器具有单向导电性，即具有“极性”。

应用时，应按电源的正负方向接通电流。电容器的阳极接电源的“+”极，阴极接电源的“-”极。如果电容器断开，不仅不起作用，而且漏电流会很大。结果，核心会在短时间内升温，损坏氧化膜，然后使其失效。

2.2.2 优缺点

好处

—体积小

由于钽电解电容器由钽粉制成，钽氧化膜的介电常数比氧化铝膜的介电常数高17，因此钽电容器单位体积的电容量更大。

宽工作温度范围

一般钽电解电容器在-50℃~100℃的温度下都能正常工作。虽然铝电解电容也可以在这个温度范围内工作，但其性能远不如钽电解电容。

—性能

钽电解电容器中的钽氧化膜介质不仅耐腐蚀，而且使用寿命长、绝缘电阻高、漏电流低、长期使用性能好。

—阻抗频率

固态电解电容可以工作在50kHz以上的频率。钽电解电容器的电容量随着频率的增加而减小，但减小的程度很小。数据显示，工作在10kHz时，钽电解电容器的电容量下降不到20%，而铝电解电容器的电容量下降了40%。

—高可靠性

氧化钽膜的化学性质稳定。由于钽2 ø 5 ，钽阳极的衬底能承受强酸，强碱，钽电解电容器可以使用固体电解质或液体电解质具有非常低的电阻率的含有酸。因此，钽电解电容的损耗比铝电解电容小。

缺点

由于钽电解电容器不使用电解质作为介质，因此与其他类型的电容器相比，钽电解电容器价格昂贵且容量有限。

2.2.3应用

钽电解电容器形状多样，易于制作成适合表面贴装的小型元件，满足电子技术自动化和小型化的需要。虽然钽资源稀缺，钽电解电容器价格相对昂贵，但由于高比容量钽粉（30kuF.g-100kuF.V/g）的大量采用以及电容器制造技术的改进和完善，钽电解电容器得到了迅速发展开发和使用的范围越来越广。

钽电解电容器不仅广泛应用于军事通讯、航空航天，还广泛应用于工业控制、影视设备、通讯仪器等产品。此外，由于钽电解电容器具有储存电量、充放电等功能，因此也用于滤波、储能与转换、标记旁路、耦合与去耦，并用作时间常数元件。

2.3.1简介

铌电解电容器是极化电容器。它们的阳极 (+) 是钝化的铌或氧化铌，绝缘的五氧化二铌作为铌电容器的电介质。氧化层的表面是一层固体电解质，它是铌电解电容器的阴极（-）。

铌电解电容器的结构

早在1960年代，以美国和苏联为首的许多国家就开始了铌电解电容器的研究。但在研究过程中，五氧化二铌介电薄膜因热和电应力受到严重破坏，导致电容器漏电流大，故障率高。90年代以来，随着粉体生产技术的不断进步，铌粉的电性能有了很大的提高，为铌电解电容器的发展奠定了坚实的基础。

新型铌电解电容器性能好，价格低廉，受到世界各国的广泛关注。铌电解电容器的制备必须满足以下要求： 1.避免铌阳极氧过饱和，即必须防止低氧化物的形成；2、抑制氧通过Nb 2 O 5 膜和Nb/Nb 2 O 5 界面迁移；3、保证介质层的热稳定性。英国AVX公司提供铌电解电容器样品，其电容范围为100-470μF，工作温度高达105℃。

美国Kemet、日本NEC等全球钽电解电容器龙头企业，都在积极开发铌电解电容器。俄罗斯在前苏联研究的基础上不断进行研究，在这方面也处于较高水平。

此外，还有钽铌合金电解电容器，其阳极由钽铌合金粉末烧结而成。而介质是在正极表面化学形成的氧化膜。此类电解电容的性能仅次于钽电解电容，优于铝电解电容。由于铌资源丰富，价格适中，这种合金电容器具有广阔的发展前景。

2 .3 .2 优缺点

好处

—同等电容量下，铌电解电容器的介电常数是钽电解电容器的两倍。

—铌电解电容器的化学稳定性优于铝电解电容器。

—漏电流和损耗小。

缺点：

铌电解电容器还可以在其表面形成介电氧化膜。铌电解电容器最大的问题是热和电应力对介质氧化膜的破坏会导致漏电流增加和电容器失效。

2.3.3应用

铌电解电容器已进入高比容量电容器市场，其容量/电压范围与普通钽电解电容器相似，等效串联电阻特性与标准钽电解电容器相似。铌电解电容价格低廉，性能稳定，可替代部分钽电解电容、陶瓷电容和铝电容。铌电容不易因着火而击穿，保证了电路的安全。

铌电解电容器的高漏电流对于大多数应用来说不是问题，因为最大剩余电流远低于 50μA。例如，在个人电脑（PCS）的使用中，这个数字与微处理器的总功耗相比是很小的，并没有太大的区别。寿命试验证明，铌电解电容器的电容量是稳定的，漏电流随时间不断增加，但增长速度下降，出现饱和状态，这是由于铌阳极氧化膜的不稳定性造成的。

铌电解电容器经过改进，可避免形成低价氧化物并稳定电介质氧化膜。随着电子电路和电子工业的发展，铌电解电容器将作为一种新型电容器引入市场，开拓其应用领域。

——电解电容器单位体积的电容量非常大，比其他种类的电容器大几十到几百倍。

—额定电容可以非常大，很容易达到几万μf甚至几μf。

—电解电容器的价格绝对优于其他种类，因为电解电容器是由普通的工业材料制成的，例如铝。用于制作电解电容器的设备是普通设备，可以以相对较低的成本进行批量生产。

——电路中电解电容的实际电压不应超过其耐压值。使用电解电容时要注意正负极不能接反。在电源电路中，当输出正电压时，电解电容的正极接电源的输出端，负极接地。当输出电压为负时，阴极接输出端，阳极接地。不同的电路应使用不同类型的电容器。

在将电容器装入电路之前，请确保没有短路、开路和漏电等情况，并应检查电容值。安装时，要容易看到电容器的型号、容量、耐压等符号，以便验证。

—当电源电路中滤波电容的极性接反时，电容的滤波效果会大大降低。一方面造成电源的输出电压波动，另一方面相当于电阻的电解电容被反向电流加热。当反向电压超过一定值时，电容器的反向漏电阻变得很小，这将导致电容器在通电后不久因过热而爆裂和损坏。

——施加在电解电容器两端的电压不得超过其允许的工作电压。在实际电路的设计中，应根据具体情况有一个允许的电压范围。在设计稳压电源滤波电容时，如果交流电源电压为220V，变压器从属整流电压可达22V，PCB图纸设计中耐压为25V的电解电容一般可以满足要求. 但如果交流电源电压波动较大，可能上升到250V以上，最好选择能承受30V以上的电解电容。

—电解电容不要靠近电路中的大功率发热元件，以免电解液受热迅速干涸。

—对于正负极性的滤波器，可将两个极性相同的电解电容串联，构成无极性电容。

—电容器外壳、辅助引线端子必须与正负极和电路板完全隔离。

1 、电解电容有什么用？

电解电容器由于其大容量和小尺寸，通常用于直流电源电路，以帮助降低纹波电压或用于耦合和去耦应用。

2、电解电容和非电解电容有什么区别？

由于电解液，电解电容器是单极的，就像电池一样。非电解质是双极性的，因为它由介电材料而不是电解质组成。

3、如何鉴别电解电容？

许多最近的电容器都标有实际的 + 和 - 符号，这使得确定电容器的极性变得容易。电解电容器极性标记的另一种格式是在组件上使用条纹。在电解电容器上，条纹表示负极。

4、电解电容失效怎么办？

电解电容失效的原因有很多，如焊接过程中的高温、纹波引起的内部功耗等、环境温度高、反向电压、电压瞬变等。高温会导致电容器内部产生热点并导致其失效。

5、电解电容和陶瓷电容有什么区别？

电解电容器非常适合以低成本获得大电容值，但是它们具有较大的 ESR 和 ESL。陶瓷电容器具有非常低的 ESR 和 ESL，这使得它们非常适合瞬态性能，但它们在电容器尺寸上有限制。