铝电解电容基本特性分享
时间：2022-09-10 00:00:00
铝电解电容器是目前除陶瓷电容器外使用最广泛的电容器品种，因此，作为硬件工程师，必须熟练掌握其特性。
笔者结合自己的经验，根据硬件设计的重点和难点，总结了本文档。通过撰写文档，目的是使他们的知识更加系统，回顾过去，了解新事物，但也希望帮助读者，我们一起学习和进步。
2.1、基本模型
在各种电容器中，铝电解电容器的尺寸与其它电容器相同，CV价值更大，价格更便宜。电容器的基本模型如图所示。
静电容量计算如下：
介电常数，S两极板正对表面积，d两极板距离(电介质厚度)。
静电容量与介电常数、极板表面积成正比、与两极板间距成反比。电介质氧化膜作为铝电解电容器(Al2O3)介电常数通常为8~10.该值一般不大于其他类型的电容器，但通过蚀刻铝箔来扩大表面积，并通过电化学处理获得更薄、更耐压的氧化介质层，使铝电解电容器比其他电容器获得更大的单位面积CV值。
铝电解电容器的主要成分如下：
阳极-----铝箔
电介质-阳极铝箔表面形成的氧化膜（Al2O3)
真正的阴极是电解液
其他成分包括浸有电解质的电解纸和与电解质相连的阴极箔。综上所述，铝电解电容器是极性不对称结构的组成部分。两个电极都使用两极性（无极性）电容器。
2.2、基本构造
如图所示，铝电解电容器元素的结构由阳极箔、电解纸、阴极箔和端子（内外端子）包裹在一起，然后用橡胶密封。
2.三、材料特性
铝箔是铝电解电容器的主要材料。铝箔设置为阳极。电解质通电后，铝箔表面形成氧化膜(Al2O3)这种氧化膜的功能是电介质。
氧化膜形成后的铝箔是电解质中具有整流特性的金属，就像二极管，称为阀金属。
①阳极铝箔
首先，为了扩大表面积，将铝箔材料置于氯化物水溶液中进行电化学蚀刻。然后，在硼酸铵溶液中施加高于额定电压的电压后，在铝箔表面形成电介质氧化层（Al2O3)这种电介质层是一种非常薄和致密的氧化膜，大约1.1~1.5nm/V , 绝缘电阻约为10^8~10^9Ω /m。氧化层的厚度与耐压成正比。
②阴极铝箔
和阳极箔一样，阴极铝箔也有蚀刻程序，但没有氧化程序。因此，阴极铝箔表面只有少量的自然氧化(Al2O3)能承受的电压只有0.5V左右。
③电解液
电解质是一种由离子导电的液体，是一种真正意义上的阴极，起着连接阳极铝箔表面电介质层的作用。阴极铝箔与真正的阴极和内部电路相同。电解质是决定电容器特性（温度特性、频率特性、使用寿命等）的关键材料。
④电解纸
电解纸主要起于平衡电解质的分布，保持阴极箔和阳极箔之间的间隔。
2.4、制作过程
①蚀刻(扩大表面积)
蚀刻的作用是扩大铝箔表面积。蚀刻是在氯化物溶液中施加交流或直流电流的电化学过程。
②(形成电介质层)
阳极铝箔表面形成电介质层（Al2O3)过程。化成的铝箔一般用作阳极。
③裁剪
铝箔(阴极箔和阳极箔)和电解纸按不同产品的尺寸要求剪切。
④卷绕
将电解纸插入阴极箔和阳极箔之间，然后卷成圆柱形，将端子连接到阴极箔和阳极箔上。
⑤含浸
浸泡是将素子浸入电解液中的过程。电解液可以进一步修复电介质层。
⑥密封
密封是用密封材料(橡胶、橡胶盖等)密封材料的过程。
⑦老化(再化)
老化是在高温下对密封电容器施加电压的过程。该过程可以修复切割和绕组过程中电介质层的一些损坏。
⑧全检，包装
老化后，检查所有产品的电气特性。并进行端子加工、编带等。最后包装。
3、基本特性
3.1、静电容量
电极表面积越大，容量（储存电荷的能力）越大。铝电解电容器的静电容量值为20℃，120Hz /0.5V在交流电条件下测试的值。
①温度升高，容量也会升高；温度降低，容量也会降低。
②频率越高，容量越小；频率越低，容量越大。
3.2、损耗角
当频率为120时，电解电容等效电路如上图所示(忽略绝缘电阻)Hz(在这个频率下测量一般电容器标称的损耗角)时，串联电感L的频率相对等效，可以忽略L，损耗角模型如下图所示：
损失角公式：
如下图所示，温度越高，损失角越小。
在低温下，我们可以看到20年的损失角变大了很多℃时是0.05，在-40℃时是0.根据公式说明09ESR增大了接近1倍。
3.3、漏电流
泄漏电流是铝电解电容器的特性之一。当施加直流电压时，介质氧化层允许小电流通过，称为泄漏电流。理想的电容器不会产生泄漏电流（与充电电流不同，即使电压恒定，电流也会继续存在）。
泄漏电流会随时间而变化，如图所示，随时间而降低后会达到稳定值。因此，泄漏电流的规格值为20℃施加额定电压一段时间后测量的值。
当温度升高时，漏电流增加；温度降低，施加的电压降低，漏电流值降低。
3.阻抗-频率曲线
根据模型，电容器的复阻抗为：
阻抗模值：
屏障-频率曲线如下图所示：
1/ωC图中容抗的直线向下角为45°角。ωL它的直线向右上角形成45°角。R代表等效串联电阻。在低频范围内，频率依赖性电介质损失影响较大，因此R曲线较低。在高频范围内，电解质和电解纸的电阻不再受频率的影响，因此R值趋于稳定。
4.普通铝电解电容参数
制造商通常有各种系列的电解电容器，低ESR是的，寿命长，温度高。普通产品性能最低，最便宜。一般温度和寿命参数为85℃/105℃-1000h/2000h、这一节也是这种铝电解电容。
4.1、ESR参数
首先，一般厂家不会直接给普通铝电解电容ESR值，但会给出损耗角参数，此时损耗角为120Hz时间(损失角与频率有关)。
以下是几个品牌最常见的铝电解电容100uF-16V的参数，按照上述方法计算得120Hz的ESR值如下表。
可以看出，如果确定了容量值和额定电压值，每个制造商ESR相差不大。
此外，还可以发现包装(尺寸)不同，对ESR影响不会太大，但会影响纹波电流的大小、大小、耐热性，纹波电流自然会越大。
铝电解电容器具有不同的容量和电压ESR大小是多少？
以下结论也可以从上表中得出：
①容量越大，ESR值越小。
②额定电压越大，ESR值越小。
这是需要解释的ESR值是在120Hz如果频率上升， ESR它会下降，看上一章ESR1000频率曲线图Khz大致下降到120hz1/2-1/4(这个比例数据很粗糙)。
4.2.额定纹波电流
不同于MLCC陶瓷电容器、铝电解电容器应注意额定纹波电流，其有效值，不得超标使用。铝电解电容器ESR因此，如果纹波电流相对较大，内部发热严重，会导致电容器故障，因此每个产品都有额定的纹波电流。
额定纹波电流和包装尺寸ESR值有关系
ESR额定纹波电流越小，额定纹波电流越大。
额定纹波电流越大，包装越大。
由于电流纹波会引起自我温升，下表是两种周围温度下的自我温升△T边界值(一般情况下，仅供参考)
虽然有一些系列可以施加超过额定的纹波电流来降低周围温度，但自我温升△T如果寿命上升，寿命就会缩短。△T在各种周围温度下都有其规定的边界值，使用时请不要超过其边界值。
自我温升△T计算公式如下：
Io：额定纹波电流在工作上限温度度后的额定纹波电流Arms。
Ix：实际使用时的纹波电流Arms。
△To：自我温升叠加额定纹波电流。
普通铝电解电容标称的额定纹波电流是在120Hz其他频率的额定电流纹波值是什么？一般厂家会在规格中给出纹波电流频率校正系数。
