无极性电容和有极性电容的爆炸

时间：2022-09-11 04:00:01 交流电容器分极性极性电容107v 无极性铝电解电容47uf25v

电解电容

电解电容器是通过电解质作用于金属膜表面的氧化层作为绝缘层的电容器，通常具有较大的容量。电解质是一种富含离子的液体和冻结物质。大多数电解电容器都是极性的，也就是说，在工作时，电容器的正电压总是高于负电压。

电解电容器的高容量也牺牲了许多其他特性，如漏电流大、等效串联电感和电阻大、容量误差大、寿命短等。

除极性电解电容外，还有无极性电解电容。下图中有两种1万种uF，16V电解电容，其中大的是无极性，小的是极性。

无极性和有极性电解电容

^{极性和极性电解电容}

电解电容器可能是液体电解质或固体聚合物，铝通常用于电极材料（Aluminum）或者钽（Tandalum）。下图显示了极性铝电解电容器内部的常见结构。两个电极之间有一层浸有电解质的纤维纸，另一层绝缘纸变成圆柱形，密封在铝壳中。

^{内部结构的电解电容}

解开电解电容器，可以清楚地看到其基本结构。为防止电解液的蒸发和泄漏，电容引脚用密封橡胶固定。

图中还显示了极性和无极性电解电容器内部体积的差异。在相同的容量和耐压等级下，无极性电解电容器大约是极性的两倍。

^{电解电容性电解电容内部结构}

这种差异主要来自于两电容器内部电极的面积。下图左侧为无极电容电极，右侧为极电极。除了面积差异，两个电极的厚度也不同。极性电容电极厚度较薄。

^{不同宽度的电解电容铝片}

电容爆炸

当电容施加的电压超过其耐压性或极性电解电容电压极性加反时，电容泄漏电流会极大上升。电容器内部热量增加，电解质会产生大量气体。为防止电容爆炸，电容器外壳顶部有三个凹槽，便于电容器顶部在高压下率先破裂，释放内部压力。

^{电解电容器顶部的爆破槽}

然而，在一些电容器的生产过程中，顶部的凹槽压力不合格，电容器内部的压力会使电容器底部的密封橡胶弹出，然后电容器内部的压力突然释放，形成爆炸。

1. 无极电解电容爆炸

下图显示了一个容量为1万的无极电解电容uF，耐压16V。施加电压超过18V之后漏电流突然增加，电容器内部温度和压力增加。最后，电容器底部的橡胶密封圈爆炸，内部电极像爆米花一样松动。

^{无极电解电容过压爆破}

通过将热电偶绑在电容器上，可以测量电容器的温度随着电压的增加而变化的过程。下图显示了无极电容器在电压增加过程中，当电压超过耐压值时，内部温度继续升高。

^{电压与温度之间的关系}

下图显示了流过电容器的电流在同一过程中的变化。可以看出，电流的增加是内部温度升高的主要原因。在此过程中，电压呈线性增加。随着电流的急剧增加，电源内部组降低了电压。最后，当电流超过6时A之后，电容随着一声巨响爆炸。

^{电压与电流之间的关系}

由于无极电解电容器内部体积大，电解质多，过流后压力大。导致外壳顶部的泄压槽没有破裂，电容器底部的密封橡胶被炸开。

2. 极性电解电容爆炸

对于极性电解电容施加电压。当电压超过电容器的耐压性时，漏电电流也会急剧上升，导致电容器过热爆炸。

下图显示了极限电解电容，1万uF，16V。内部气压过程通过顶部泄压槽释放。因此，避免了电容爆炸过程。

^{极性电解电容过压爆破}

下图显示了电容器的温度随着施加电压的增加而变化。当电压逐渐接近电容器的性时，电容器的留点电流增加，内部图纸继续上升。

^{电压与温度之间的关系}

下图显示了电容器泄漏电流的变化。标称为16V在测试过程中，当电压超过15时，耐压电解电容器V之后，电容泄漏开始急剧上升。

^{电压与电流之间的关系}

前两个电解电容的实验过程遭遇，也可以看到这样的10000uF普通电解电容器的耐压限制。因此，为了避免电容器被高压击穿。使用电解电容器时，需要根据实际电压波动留出足够的余量。

电解电容串联

在适当的情况下，可以并联串联获得更大的电容和更大的电容耐压性。

^{电解电容器过压爆破后}

在某些应用中，应用于电容器的电压为交流电压，如扬声器耦合电容器、交流相位补偿、电机移动电容器等，需要使用无极电解电容器。

在在一些电容器制造商提供的使用手册中，也提供了使用传统的极性电容器通过背对背串联将两个电容器串联在一起，但极性相反，以获得无极性电容器的效果。

^{电解电容器过压爆破后}

在施加正向电压、反向电压和两个电解电容背对背串联成无极电容时，漏电流随施加电压的增加而变化。

1. 正电压和漏电流

在电解电容器(100000uF，16V）在耐压范围内，从0V测量相应漏电电流与电压之间的关系，逐渐增加施加的电压。

^{正极串联电容}

下图显示了有极性铝电解电容的漏电流与电压之间的关系。这是一个非线性的关系。漏电电流在0.5mA以下。

2. 反向电压和漏电电流

使用相同的电流测量施加方向电压与电解电容泄漏电流之间的关系。如下图所示，当施加的反向电压超过4时V之后，漏电电流开始迅速增加。从后曲线斜率来看，反向电解电容相当于电阻值 1欧姆的电阻。

^{反向电压与电流的关系}

3. 背对背串联的电容

将两个相同的电解电容(10000uF，16V）背对背串联在一起，形成无极等效的电解电容。测量电压与漏电流之间的关系曲线。

^{串联电容器的正反极性}

下图显示了电容电压与漏电流的关系。施加的电压超过4V之后漏电流会增加，电流幅值小于1.5mA。

然而，测量结果确实有点令人惊讶。你会看到两个背对背串联电容器的漏电流实际上大于单个电容器正向施加电压时的漏电流。这真的很奇怪。

^{电压电压与电流之间的关系}

然而，由于时间原因，这种现象后面没有重复测试。也许其中一个电容器使用刚刚反向电压测试的电容器，内部已经损坏。这就是为什么上述测试曲线已经产生。

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无极性电容和有极性电容的爆炸

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