本篇文章承接《鋁電解電容應(yīng)用知識(shí)總結(jié)(一）——電解電容的結(jié)構(gòu)》
5.1 電氣特性
5.1.1 靜電電容
由《鋁電解電容應(yīng)用知識(shí)總結(jié)(一）——電解電容的結(jié)構(gòu)》中的式（1）可知，電極表面積越大，容量（儲(chǔ)存電荷的能力）越大，鋁電解電容器的靜電容量是在20℃，120Hz 0.5V的交流電條件下測(cè)試的。
一般來(lái)說(shuō)溫度升高，容量會(huì)升高；溫度降低，容量會(huì)下降；頻率升高，容量會(huì)下降；頻率降低，容量會(huì)升高；如圖7所示。
圖7 電容量與溫度、頻率的關(guān)系
5.1.2 tanδ（損失角正切值）
將圖6所示的電解電容等效電路簡(jiǎn)化后得圖8所示的簡(jiǎn)化等效電路。
圖8 電容器簡(jiǎn)化等效電路
tanδ定義為等效串聯(lián)電阻與容抗的比，即
式3
式中，ω=2πf，f=120Hz
圖9 損失角正切值tanδ
對(duì)于理想電容器，等效串聯(lián)電阻R為0，故tanδ=0，而對(duì)于實(shí)際電容器，因電解液、電解紙及其它接觸電阻的存在，R不為0，所以tanδ也不為0。
圖10損失角tanδ與溫度、頻率的關(guān)系
5.1.3 漏電流（LC）
漏電流是鋁電解電容器特性之一，當(dāng)施加直流電壓時(shí)，電介質(zhì)氧化層允許很小的電流通過(guò)，這一部分小電流稱為漏電流。漏電流會(huì)隨時(shí)間而變化，隨著時(shí)間的增大，漏電流減小且會(huì)達(dá)到一個(gè)穩(wěn)定值,如圖11所示。因此漏電流的規(guī)格值為20℃下施加額定電壓一段時(shí)間后所測(cè)量的值。隨著溫度的升高，漏電流增加；隨著溫度的降低，漏電流減小，如圖11所示；施加的電壓降低，漏電流也會(huì)減小。
圖11 漏電流與時(shí)間的關(guān)系及與溫度的關(guān)系
5.2 阻抗的頻率特性
圖8所示等效電路的阻抗公式為
式4
圖13 阻抗的頻率特性
圖13中虛線部分代表這個(gè)電容等效電路中的組成成分（C，R，L），從圖可得，阻抗-頻率特性是由C，R，L的頻率特性組合而成。1/ωC是容抗，圖中容抗的直線向下成45度角。ωL是感抗，圖中容抗的直線向上成45度角。R代表等效串聯(lián)電阻。在低頻區(qū)，有頻率依存性的電介質(zhì)損失影響大，因而R曲線向下。在高頻區(qū)，電解流和電解紙的阻值占主導(dǎo)地位，不再受頻率影響到，因而R值趨于穩(wěn)定。
由于鋁電解電容器的阻抗特性主要受電解液和電解紙的阻值影響，在自身共振頻率時(shí)，阻抗相對(duì)較高，如圖14所示，同時(shí)阻抗也受溫度影響：溫度升高，阻抗減?。粶囟冉档?，阻抗增大，如圖15所示。
圖14 不同電容阻抗的頻率特性
圖15 阻抗、ESR的溫度頻率特性
鋁電解電容器的使用壽命因使用條件而受到很大影響。作為環(huán)境條件包括溫度、濕度、氣壓、振動(dòng)等，電氣條件包括電壓、紋波電流、充放電等。
6.1 周圍溫度與壽命
鋁電解電容器的壽命一般受電解液通過(guò)封口部向外蒸發(fā)的現(xiàn)象的影響，表現(xiàn)為靜電容量的減少、損失角正切值的增大，其壽命與溫度的關(guān)系為：
式5
LO：在工作溫度的上限、施加額定電壓或額定紋波電流重疊時(shí)的規(guī)定壽命（小時(shí)） （各制品的耐久性規(guī)定時(shí)間）
LX：溫度TX時(shí)的壽命（小時(shí)）
TO：制品的工作上限溫度（℃）
TX：實(shí)限使用時(shí)的周圍溫度（℃）
Bt：溫度加速系數(shù)，在60~95℃時(shí)大約為2，適用于10℃的2倍數(shù)定律（需向廠家確認(rèn)）
對(duì)于低溫段的壽命，因?yàn)闆](méi)有實(shí)際的評(píng)估數(shù)據(jù)，且對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間的耐久性，不僅要考慮電解液的蒸發(fā)以外還要考慮封口材質(zhì)劣化等要素，所以一般40℃作為下限，并把15年作為推算壽命的上限。
6.2 施加電壓與壽命
在額定電壓以下使用的話，一般來(lái)講施加電壓對(duì)其使用壽命影響很小，與其周圍溫度及紋波電流所產(chǎn)生的發(fā)熱的影響相比，幾乎可以不用考慮。
不過(guò)尺寸大的高壓品，因?yàn)殡娊庖旱拇钶d量多，除了因溫度而使電解液蒸發(fā)以外，也不可忽視因施加電壓而讓氧化膜劣化的因素。因此電壓為350V以上的制品，在壽命推算中要考慮減小施加電壓所產(chǎn)生的因素。
6.3 紋波電流與壽命
鋁電解電容器與其它電容器相比，因損失比較大，紋波電流會(huì)引起內(nèi)部發(fā)熱。紋波電流引起的內(nèi)部發(fā)熱會(huì)隨著溫度的上升而增大，而給壽命帶來(lái)很大影響。
施加紋波電流時(shí)的消耗電力如下式：
式（6）
W：內(nèi)部消耗電力
IR：紋波電流
R：等效串聯(lián)電阻
V：施加電壓
IC：漏電流，最高使用溫度時(shí)是20℃時(shí)的5~10倍
因?yàn)镮R＞＞IC，故
式（7）
另外，電解電容器發(fā)熱與放熱平衡的條件是：
式（8）
β：散熱系數(shù)
A：鋁殼表面積
ΔT：根據(jù)紋波電流的自我溫升（℃）
所以自我溫升為：
式（9）
tanδ：120Hz下的損失角正切值
C：120Hz下的靜電容量（F）
雖然降低周圍溫度可以施加超過(guò)額定的紋波電流，但自我溫升ΔT升高的話，壽命就會(huì)變短。ΔT在各種周圍溫度下都有其規(guī)定界限值，在使用中不要超過(guò)其界限值。對(duì)于NCC鋁電解電容器，ΔT界限值如下表所示（系列不同，具體值不同）：
環(huán)境溫度 | 85℃以下 | 105℃ |
ΔT界限值 | 15℃ | 5℃ |
紋波電流與壽命的具體關(guān)系中的相應(yīng)系數(shù)可能不同，具體公式需要向廠家咨詢。
1.1 充放電與壽命
給鋁電解電容器施加電壓的話，正極箔的電介質(zhì)上就會(huì)積累電荷，通過(guò)放電電阻放電的時(shí)候，積累在正極箔上的電荷就會(huì)移動(dòng)到負(fù)極箔上。此時(shí)，鋁和電解液就會(huì)在負(fù)極箔上發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，形成電介質(zhì)。反復(fù)多次充放電后，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的負(fù)極箔容量和電容器的容量都會(huì)減小，與此同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生發(fā)熱和氣體。所以一般的普通電解電容不適用于以下電路：
頻繁開(kāi)關(guān)電源的電路
反復(fù)短周期快速充放電的電路
反復(fù)電壓變動(dòng)大的充放電電路
圖16 充電時(shí)的電荷狀態(tài)
圖17 放電時(shí)的電荷狀態(tài)
因此，CAV1=CAV2+CCV2，即
式（10）
鋁電解電容器對(duì)鹵素元素非常敏感（特別是氯元素和溴元素），鹵素對(duì)電容器的影響程序和電解液、封口材料有關(guān)。如使用含有鹵素的助焊劑、溶劑（清洗劑、固定劑、涂層劑）或熏蒸劑，鹵化物可能會(huì)透過(guò)封口材料侵入電容器內(nèi)部，引起化學(xué)反應(yīng)，這些化學(xué)反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致漏電流增加，內(nèi)壓升高而開(kāi)閥，或者電容器開(kāi)路。
給鋁電解電容器充電，然后讓其端子間短路，再將短路線路打開(kāi)放置一段時(shí)間后，兩端子間的電壓會(huì)發(fā)生再次上升的現(xiàn)象。此時(shí)的電壓叫再起電壓。
給電介質(zhì)施加電壓后，電介質(zhì)內(nèi)部發(fā)生電氣變化，電介質(zhì)表面帶有施加的電壓和正負(fù)反向電荷。因?yàn)闃O化作用的速度有快有慢，施加電壓后，把端子間的電壓放至0V，打開(kāi)線路后放置，分極反應(yīng)慢的電位在端子間產(chǎn)生再起電壓，如圖18所示。
圖18 再起電壓機(jī)制
再起電壓一般在10~20日后達(dá)到峰值，然后再漸漸降低，再起電壓發(fā)生后，如果意外讓兩端子間短路的話，可能會(huì)產(chǎn)生打火，并引起其它元件的破壞。作為防止辦法，在使用前用100Ω~1KΩ左右的電阻對(duì)所積蓄的電荷進(jìn)行放電。
鋁電解電容器的各種特性對(duì)溫度有著依賴性，溫度越高，劣化就越快，漏電流增大、損失角正切值增大、靜電容量減少的速度加快。而且，長(zhǎng)時(shí)間在高濕的環(huán)境中放置的話，有可能使端子及引線變色、焊接性惡化。
長(zhǎng)時(shí)間在高溫（超過(guò)常溫）的環(huán)境下放置，正極箔的氧化膜和電解液會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成耐電壓下降、漏電流增大的傾向。給這樣的制品施加電壓后，因大的漏電流所產(chǎn)生的內(nèi)部熱而引起絕緣層破壞，最終達(dá)到壓力閥動(dòng)作的可能。
對(duì)于長(zhǎng)時(shí)間放置后的制品進(jìn)行電壓處理的話會(huì)使氧化膜修復(fù)，漏電流回復(fù)到放置前的水平。電壓處理的方法：串聯(lián)一個(gè)約1KΩ的保護(hù)電阻，施加約30~60分鐘的額定電壓。
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