Struktur dan ciri -ciri kapasitor elektrolitik aluminium

Kapasitor elektrolitik aluminium adalah komponen terpolarisasi yang terdiri daripada silinder aluminium sebagai katod, dipertingkatkan oleh elektrolit cecair, dan jalur aluminium bengkok berfungsi sebagai anod.Kapasitor ini menjalani proses di mana filem oksida terbentuk pada anod menggunakan voltan semasa langsung, mewujudkan dielektrik untuk operasi mereka.Gabungan aluminium dan elektrolit cecair mengoptimumkan penyimpanan dan kecekapan tenaga, dengan lapisan oksida yang menentukan penarafan dan kapasiti voltan kapasitor.Kapasitor ini digunakan secara besar-besaran dalam penapisan bekalan kuasa dan litar frekuensi rendah, disukai untuk kapasitansi tinggi mereka dalam bentuk padat.Keupayaan mereka untuk mengendalikan arus riak dengan berkesan menjadikan mereka sangat diperlukan dalam bekalan kuasa, di mana mereka memastikan bekalan voltan yang lancar, dan dalam peralatan audio, di mana mereka mengekalkan integriti isyarat.

Katalog

Pandangan struktur ke dalam kapasitor elektrolitik aluminium

Struktur teras kapasitor elektrolitik aluminium terdiri daripada empat lapisan: foil aluminium anod, kertas elektrolitik, kerajang aluminium katod, dan satu lagi lapisan kertas elektrolitik, semua bertindih dan luka bersama.Selepas terasnya diresapi dengan elektrolit, ia disertakan dalam shell aluminium dan dimeteraikan dengan penutup plastik, membentuk kapasitor lengkap.Berbanding dengan jenis kapasitor lain, kapasitor elektrolitik aluminium mempunyai ciri -ciri struktur yang berbeza.

Pembentukan lapisan dielektrik

Medium kerja kapasitor elektrolitik aluminium adalah lapisan aluminium oksida yang sangat nipis (Al2O3), yang terbentuk pada permukaan aluminium anode melalui anodizing.Lapisan oksida ini, bersama -sama dengan anod, membentuk sistem saling bergantung yang tidak dapat berfungsi secara bebas.Sebaliknya, dalam kapasitor lain, elektrod dan dielektrik adalah komponen berasingan.

Katod dan elektrolit

Anod adalah kerajang aluminium dengan lapisan dielektrik, manakala katod bukan kerajang negatif yang tipikal.Sebaliknya, elektrolit berfungsi sebagai katod kapasitor.

Fungsi foil negatif

Kerajang negatif dalam kapasitor elektrolitik aluminium bertindak sebagai pemimpin elektrik kerana elektrolit, yang bertindak sebagai katod, tidak boleh disambungkan secara langsung ke litar luaran.Oleh itu, laluan elektrik diperlukan melalui elektrod logam lain dan litar.

Peningkatan kawasan permukaan

Kedua -dua foil aluminium anod dan katod biasanya berkarat, meningkatkan kawasan permukaan sebenar mereka berbanding dengan kawasan permukaan yang jelas.Ini adalah salah satu sebab utama kapasitor elektrolitik aluminium umumnya mempunyai kapasitans yang besar.Elektrolit mengisi lubang terukir halus dalam kerajang aluminium, yang membolehkan penggunaan lebih berkesan permukaan elektrod yang diperluaskan.

Kawalan ketebalan dielektrik

Ketebalan filem dielektrik oksida adalah berkadar terus dengan voltan yang digunakan semasa pengoksidaan anodik.Ini membolehkan kawalan tepat ke atas ketebalan lapisan dielektrik dalam kapasitor elektrolitik aluminium, yang boleh diselaraskan mengikut keperluan voltan tertentu.

Kelebihan dan kekurangan kapasitor elektrolitik aluminium

Kelebihan

• Kapasiti elektrik tinggi per unit jumlah

Kapasitor elektrolitik aluminium cemerlang dalam memberikan nilai kapasitans yang besar dalam saiz padat, terutamanya pada voltan kerja yang lebih rendah.Ini menjadikan mereka sesuai untuk aplikasi yang memerlukan kapasitor berkapasiti tinggi, berkapasiti tinggi.Contohnya, kapasitor elektrolitik aluminium berkapasiti rendah CD26 menawarkan kapasiti spesifik sekitar 300μF/cm³, lebih tinggi daripada 2μF/cm³ yang biasanya dilihat dalam kapasitor seramik cip rendah voltan rendah.

• Keupayaan penyembuhan diri

Kapasitor elektrolitik aluminium mempamerkan ciri "penyembuhan diri", di mana kecacatan dalam filem dielektrik oksida dibaiki secara automatik semasa operasi.Keupayaan ini menghalang kerosakan dielektrik dan mengembalikan kapasiti penebat yang betul, memastikan kebolehpercayaan jangka panjang dan mencegah kegagalan seperti kerosakan longsor.

• Kekuatan medan elektrik yang tinggi

Filem oksida dielektrik dalam kapasitor elektrolitik aluminium dapat menahan intensiti medan elektrik kira -kira 600kV/mm.Ini lebih daripada 30 kali lebih kuat daripada kapasitor dielektrik kertas yang boleh mengendalikan, menjadikan kapasitor elektrolitik aluminium sangat berdaya tahan terhadap tekanan elektrik.

• julat kapasitans yang tinggi

Kapasitor elektrolitik aluminium menawarkan nilai kapasitansi yang sangat tinggi, terutamanya pada voltan yang lebih rendah, dengan beberapa unit yang menyediakan kapasitansi dalam lingkungan ribuan hingga puluhan ribu mikrofarad.Kapasitor ini sangat diperlukan untuk aplikasi yang memerlukan peranti kapasiti tinggi seperti penapis bekalan kuasa dan litar pintasan AC.

Kekurangan

• Prestasi penebat yang lemah

Di antara semua jenis kapasitor, kapasitor elektrolitik aluminium umumnya mempunyai penebat termiskin.Arus kebocoran adalah penunjuk utama ini, dengan voltan tinggi, kapasitor berkapasiti besar sering mempamerkan arus kebocoran di bawah 1mA.

• Faktor kehilangan yang tinggi

Kapasitor elektrolitik aluminium mengalami faktor kehilangan yang agak tinggi.Faktor pelesapan (D F) untuk unit voltan rendah sering melebihi 10%, yang mengehadkan kecekapan mereka dalam aplikasi berprestasi tinggi.

• Ciri suhu dan kekerapan yang lemah

Kapasitor ini sensitif terhadap variasi suhu dan kekerapan, yang boleh menjejaskan prestasi mereka, menjadikannya kurang sesuai untuk persekitaran dengan keadaan yang melampau atau litar frekuensi tinggi.

• Keperluan polariti

Kapasitor elektrolitik aluminium adalah peranti kutub, bermakna mereka perlu disambungkan dengan betul dalam litar.Anod mesti menyambung ke titik berpotensi yang lebih tinggi, dan katod ke titik potensi yang lebih rendah.Polariti yang tidak betul boleh menyebabkan kenaikan ketara dalam kebocoran arus, terlalu panas teras, dan kegagalan kapasitor yang berpotensi, yang mungkin mengakibatkan pembakaran, letupan, dan kerosakan kepada komponen litar yang lain.

• Batasan voltan

Oleh kerana kaedah pembuatan tertentu yang digunakan untuk filem dielektrik oksida mereka, kapasitor elektrolitik aluminium mempunyai had voltan atas, biasanya sekitar 500V.Tidak seperti jenis kapasitor lain, seperti kapasitor bukan kimia, di mana ketebalan dielektrik yang semakin meningkat dapat meningkatkan voltan kerja, potensi pembangunan kapasitor elektrolitik aluminium dalam hal ini adalah terhad.

• Degradasi dari masa ke masa

Kapasitor elektrolitik aluminium merendahkan penyimpanan, menjadikannya kurang dipercayai apabila tidak digunakan untuk tempoh yang panjang.Mengemukakan semula voltan kerja yang diberi nilai sebaik sahaja penyimpanan jangka panjang tidak disyorkan.Sebaliknya, voltan harus secara beransur -ansur meningkat ke tahap yang dinilai untuk mengelakkan masalah prestasi.

• Cabaran dalam miniaturisasi

Kapasitor elektrolitik aluminium tradisional bergantung kepada elektrolit cecair, menjadikan mereka mencabar untuk meminimumkan format cip.Akibatnya, mereka tertinggal di belakang kapasitor filem seramik dan logam dalam aplikasi jenis cip, mengehadkan penggunaannya dalam reka bentuk elektronik berkepadatan tinggi.

Pembangunan kapasitor elektrolitik aluminium

Kapasitor elektrolitik aluminium kini merupakan jenis kapasitor kedua yang paling banyak dihasilkan.Pada mulanya direka untuk aplikasi DC umum, pembangunan mereka telah dilanjutkan ke dalam penggunaan AC.Mereka telah berkembang dari beroperasi pada suhu rendah dan voltan hingga kini mengendalikan kedua -dua suhu dan voltan yang tinggi.Reka bentuk ini telah mempelbagaikan dari model tujuan umum kepada jenis khusus, termasuk cip dan konfigurasi rata.Kapasiti mereka telah meningkat kepada kira -kira 0.1F, sementara kekerapan operasi mereka mencapai sehingga 30kHz.Kapasitor ini kini boleh berfungsi dalam julat suhu -55 ℃ hingga 125 ℃, dengan beberapa model yang bertoleransi sehingga 150 ℃, dan voltan yang dinilai mereka dapat mencapai 700V.Secara keseluruhannya, kemajuan kapasitor elektrolitik aluminium berkembang pesat.Berikut adalah beberapa faktor utama yang mendorong perkembangan ini:

Kemajuan material

• Komposisi kerajang aluminium

Kerajang aluminium moden telah berkembang, terutamanya dari segi komposisi dan struktur.Tidak seperti keperluan terdahulu untuk kesucian yang sangat tinggi, foil anod hari ini mengandungi kekotoran terkawal untuk meningkatkan titik kakisan awal, kekuatan mekanikal, dan kualiti lapisan oksida dielektrik.Untuk aplikasi voltan tinggi struktur padu foil mesti menyumbang 80-90% bahan.Dalam aplikasi voltan rendah, keperluan padu yang ketat adalah santai.

• Kerajang katod

Untuk meningkatkan jumlahnya yang spesifik, kerajang katod biasanya dibuat dari aluminium aloi dengan tahap kekotoran terkawal dan orientasi bijirin kristal rawak.

Komposisi elektrolit: Elektrolit yang digunakan dalam kapasitor ini telah berkembang dari campuran tradisional (seperti etilena glikol, gliserin, asid borik, dan ammonia) kepada formulasi yang lebih maju.Elektrolit moden ini direka untuk mengendalikan julat suhu yang lebih luas (-55 ° C hingga 125 ° C) dan termasuk komponen inovatif.

Kemajuan teknologi

Proses pembuatan kapasitor elektrolitik aluminium telah melihat kemajuan, terutamanya dalam mekanisasi dan automasi.Penambahbaikan teknologi utama termasuk:

• Proses kakisan

Kerajang aluminium yang digunakan dalam kapasitor menjalani proses kakisan yang rumit.Proses ini, untuk meningkatkan kawasan permukaan dan prestasi kapasitor, ditala dengan baik untuk memenuhi keperluan tertentu.Koefisien kakisan telah mencapai 100 untuk foil voltan rendah dan 30 untuk foil voltan tinggi.Proses ini mengimbangi beberapa pembolehubah, termasuk komposisi elektrolit, suhu, komposisi foil, keadaan permukaan, dan ciri -ciri bekalan kuasa.Walaupun banyak kemajuan telah dibuat mengoptimumkan keseimbangan dinamik ini tetap menjadi cabaran.

• Proses tenaga

Fasa tenaga adalah untuk menghasilkan filem oksida dielektrik berkualiti tinggi.Proses ini kini boleh membuat filem oksida yang berbeza untuk aplikasi yang berbeza, seperti filem kristal γ dan γ'-jenis untuk kapasitor DC dan filem amorf untuk kapasitor AC.Di samping itu, proses tenaga telah memungkinkan untuk menukar filem hidroksida aluminium ke dalam filem -filem aluminium oksida dielektrik yang membentuk lapisan kalis air pelindung.Fasa ini juga menghapuskan kecacatan dan keretakan dalam filem dielektrik meningkatkan prestasi.

Soalan Lazim [Soalan Lazim]

1. Apakah kapasitor elektrolitik aluminium yang digunakan?

Mereka terutamanya digunakan dalam aplikasi bekalan kuasa yang memerlukan kapasitans yang tinggi dalam pakej padat, tenaga padat dengan rintangan siri setara minimum (ESR).

2. Berapa lama kapasitor elektrolitik aluminium terakhir?

Mereka cenderung mempunyai jangka hayat terpendek dalam bekalan kuasa, biasanya antara 20 dan 30 tahun, bersama komponen lain seperti resin.

3. Bagaimana anda membaca kapasitor aluminium elektrolitik?

Untuk kapasitor ini, nilai -nilai dinyatakan dalam mikrofarad, menggunakan 'R' untuk menandakan titik perpuluhan (mis., 0R5 untuk 0.5, 1R0 untuk 1.0, dan 2R2 untuk 2.2).