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）如ru果guo電dian容rong器qi在zai產chan生sheng再zai生sheng電dian壓ya後hou
，兩liang端duan子zi短duan路lu，瞬shun間jian高gao電dian壓ya放fang電dian可ke能neng引yin起qi組zu裝zhuang線xian上shang的de操cao作zuo員yuan工gong的de恐kong懼ju感gan
，並bing且qie，有you可ke能neng導dao致zhi一yi些xie低di壓ya驅qu動dong元yuan件jian（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
鋁lv電dian解jie電dian容rong器qi一yi般ban是shi有you極ji性xing的de。極ji性xing接jie反fan是shi造zao成cheng鋁lv電dian解jie電dian容rong器qi短duan路lu及ji漏lou液ye的de原yuan因yin
，並bing可ke能neng導dao致zhi危wei險xian的de發fa生sheng。因yin此ci在zai無wu法fa辨bian識shi的de電dian氣qi回hui路lu上shang或huo使shi用yong於yu有you極ji性xing變bian換huan設she計ji的de回hui路lu時shi，請qing選xuan用yong雙shuang極ji性xing電dian解jie電dian容rong器qi。
 
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）