铝电解电容器是大多数电气规划的重要组成部分,故它的正确选型正是许多规划的成功要害。所以工程师有必要了解铝电解电容器的作业原理,并针对详细规划正确挑选最适合的电容器。
概述
出于功率方面的考虑,人们一向十分重视对铝电解电容器技能的改善。经过新的制作工艺和最新资料,它们的运用寿命已取得大大提高,并且一起提高了牢靠性和巩固性。总的来说,铝电解电容器能够完成很长的运用寿命—规划得宜的情况下,能够运用长达20年。
一切电容器都由两层导电资料(或电极)组成,这两层导电资料则由介电资料制成的一个绝缘体离隔。这些层之间会产生一个电场,当有电流给电容器充电时,它就能够存储能量。铝电解电容器的特色是它的电极由铝箔制成, 而导电液体, 即电解液置于两个铝箔电极之间。经过电化学反响,在阳极上箔会构成氧化层(Al2O3),它在铝电解电容器中充任电介质。
图1:铝电解电容器的结构
特性
规划和资料相结合,使得铝电解电容器具有共同的电气特性。这些特性制作出显着优势,让它成为许多运用中的抱负之选(相关于其他的电容器而言) 。并且在许多情况下,铝电解电容器乃至是实际上仅有的解决方案。
首要,铝电解电容器的电容值更大(以单位体积和电压等级而言),所以具有较高的容积功率。因而,电解电容器的单位体积电容比任何其他类型的电容器都高。这是铝电解电容器最重要的一个特色。在规划妥当的条件下,该特性能够在运用中供给优于其他技能的明显优势。
其次,大多数铝电解电容器的额外电压要高于其他类型的电容器。直流电压额外值为600V的铝电解电容器很简单买到,并且简直可用于各种运用。
第三,这些电容器具有极高的储能才能,由于它们既有高电容值,又具有高额外电压。电容器中存储的能量随电容值线性添加,随电压呈指数添加。
充沛了解这三个特性是为电力运用正确挑选铝电解电容器的要害。在此基础上,工程师在评价铝电解电容器的规划时应考虑以下四点。
图2:铝电解电容器的结构
铝电解电容器最重要的考虑要素是详细运用对电容器运用寿命的要求。知道运用在需求修理或替换之前能够依照规划方针正常运转多长时间,这一点至关重要。
由于触及许多杂乱要素,这似乎是一项艰巨的使命,可是鉴于电子设备的牢靠性,实际上是十分便于猜测的。走运的是,工程师无需咨询专家或成为专家来确认电容器的运用寿命。由于大多数牢靠的电容器制作商都供给了根据网络的东西,以协助工程师在运用的特定规划束缚内核算铝电解电容器的运用寿命。
额外电压
工程师应保证铝电解电容器在规则的安全电压作业范围内和额外电压下作业。这不只能够延伸电容器的运用寿命,并且还有能够使电容器免受不必要的损坏。
铝电解电容器一般要与电源合作运用,以供给高容量值。可是,铝电解电容器是有极性的,所以只能用在整流电路的直流电压运用中。
在评价铝电解电容器时,工程师不该选用额外电压远高于运用需求的电容器。由于静电电阻相同也会大幅添加。
此外,工程师应该了解运用的负载要求,包含纹波电流、环境温度和或许的浪涌电压等。这样有助于延伸运用的全体运用寿命。
尽管许多铝电解电容器能够接受偶然产生的短期浪涌和反向电压或许极性相反的电压,可是不主张用在继续的电涌或继续的超额外值的反向电压条件下。过压、反向电压和瞬态浪涌都或许会损坏电容。工程师应适当运用二极管避免呈现反向电压,并且购买的电容器能一直满意指定的运用规划要求。
图3:电源电路示例
散热特性
流过电容器的沟通电会使其温度升高。这种电流被称为纹波电流,而自发热会导致功率损耗。所以,运用环境温度就成为挑选铝电解电容器的一个要害要素。
铝电解电容器的冷却办法和表面积决议了它在运用中的热阻或散热量。散热还会遭到触摸元件纹波电流的约束。
铝电解电容器的纹波电流额外值一般在上限标准温度下指定。不只运用环境温度是重要要素,沟通信号的频率、热阻和等效串联电阻也都很重要。
图4:带散热器的铝电解电容器
等效串联电阻
在运用铝电解电容器的电源运用中,最大的忧虑之一是等效串联电阻 – 它是等效串联电路的阻性元件。沟通电流纹波在经过电容器中的等效串联电阻时会产生功率耗散。更高频率的纹波电流会导致等效串联电阻添加。等效串联电阻越大,电容器内部耗散的功率就越多,这意味着温度会随热量发出而升高。
可是,工程师无需指定具有最低等效串联电阻的铝电解电容器。相反,他们应该指定一个等效串联电阻能够满意此运用下纹波电流条件的电容器。
定论
关于规划工程师来说,在预备挑选用于任何运用的铝电解电容器时,充沛了解铝电解电容器的电容值、额外电压和储能才能是十分重要。在为电力运用挑选铝电解电容器时,相同重要的注意事项还包含铝电解电容器的运用寿命、额外电压、散热特性和等效串联电阻等。
经过了解这些特性和注意事项,工程师能够满怀信心地为其运用挑选最佳的铝电解电容器。