1 影响铝电解电容器耐纹波电流的因素及解决对策
1.1 电容器阳极箔与阴极箔的选择 铝电解电容器的实际容量是由阳极容量 Ca 与阴极容
量 Cc 复合而成 因此 其工作在具有脉冲成分的电路时 基本原理图可用图 1 表示 根据永田伊佐也的 铝箔乾式電 解電容器 一书所推出的公式 要求铝电解电容器的纹波电 流必须满足下列条件
2 电容器耐纹波电流能力的测量和确定
由于电容器产生发热损坏的纹波电流临界值无法用一般
的公式计算来确定 因此一般都是经过大量的实验来确定电
容器耐纹波电流值 目前国外大公司对电容器在额定工作温
度下工作的纹波电流的确定 一般均遵循 5 原则 即电容器
工作于额定最高温度下 如 85 105 由纹波电流所引起
漏电流的增大和电容器的发热可造成电容器本身的恶性循
环 因此要尽量降低电容器的漏电流 以防隐患的发生 正 常工作时 发热的主要原因是自身损耗发热 电解电容器在
交流电路或脉动电路中工作时 其交流电压的峰值 不允许
超过规定的峰值电压值 其值可按下式近似计算出来
UP 5.65 tS 壳 / fC tgδ 1/2
关键词：开关电源 铝电解电容器 纹波电流 电容器温升
中图分类号:TM53
文献标识码:A
文章编号:1001-2028 2001 05-0006-02
电容器用于电路中 主要是作为整流滤波元件 直流电 源退耦元件以及音频电路中作旁路 耦合元件 正常工作时 均有一个共同点 都会受到不同频率的脉冲电压的冲击 尤 其目前开关电源广泛地使用于 PC 机 邮电通讯和各种视听电 子设备中 为抑制开关电源所产生的噪声和高次谐波对市电 造成污染 在开关电源输入和输出回路中均采用耐大纹波电 流冲击的铝电解电容器进行滤波 随着开关电源技术的发展 铝电解电容器将面临更为严酷的使用环境 尤其是高频脉动 电流的冲击和电容器工作温度的升高 这里介绍笔者就如何 提高铝电解电容器耐纹波电流的能力 纹波电流的测试及其 额定值的确定进行的一些探讨
编辑 伍大志
8 万方数据
ELECTRONIC COMPONENTS & MATERIALS Vol.20 No.5
铝电解电容器耐纹波电流探讨
作者： 作者单位： 刊名：
英文刊名： 年，卷(期)： 被引用次数：
丁继华， 陈卫东 南通江海电容器厂,
电子元件与材料 ELECTRONIC COMPONENTS & MATERIALS 2001(5) 1次
1.1
1.2 1.3 1.4 1.6 1.65 1.75 1.9 2.2 2.45 2.65 3.10
在测试过程中 先施加较小的纹波电流 当电容器到达
热平衡后 测出 或推算 电容器中心温升 如未到达电容
器容许最高温升 5 或 10
再加大纹波电流直至热平衡
后电容器芯包中心温升达到 5 或 10 则此时所施加的纹
6
ELECTRONIC COMPONENTS & MATERIALS Vol.20 No.5
万方数据
r 解=φ 液 d 纸/2A
6
式中 f 为工作频率 C 为电容器额定容量 Res 为等效串联电
阻 r 介为介质电阻 r 金为金属接触电阻 r 解为电解液电阻
φ 为电解纸渗透系数 液为电解液电阻率 d 纸为电解纸厚
波电流我们即认为是电容器的最大耐纹波电流 在设计过程
中 由于电容器所选用的铝箔 电解纸等材料的性能参数均
有一定的离散范围 从而使得电容器实际的 tgδ 或 Res 值 会有所差异 为了保险起见 纹波电流的确定都留有一定的
设计余量 一般取电容器最大耐纹波电流的 70%~80%作为电 容器样本所标注的额定纹波电流
电容器芯包中心发热最高不得超过环境温度 5 个别规格为
10 对于环境温度相对较低时 由纹波电流所引起的温升
也有一定限度 具体参数见表 3
表 3 环境温度与纹波电流允许温升
环境温度 / 芯包最高温升 / 芯包中心温度 /
基于这些原则
40
55
65
85
105
30
30
25
15
5
70
85
90
100 110
我们便可通过对电容器芯包中心温度的
引证文献(1条)
1.王跃明.丰磊 铝电解电容器耐纹波能力的研究与控制[期刊论文]-电子产品可靠性与环境试验 2007(5)
本文链接：/Periodical_dzyjycl200105003.aspx
上限 笔者从这个角度着手 开发出了耐 130 的高温工作电 解液 使电容器的最大耐纹波电流得到相当程度的提高 此
种工作电解液性能参数如表 2 所示
表 2 高温工作电解液参数
代号
pH 值
闪火电压 130 蒸气压 电导率 40
v
kPa
10–6 S cm–1
L-4 6.3
140
202
13 000
颜色 浅黄
测量来确定电容器耐最大纹波电流 对于不同电容器测量中
心温度的方法有所不同
1 中心温度测试法 图 2a
电源
测试 仪器
对电容器施加直流和纹波电压 电容器 处于工作状态 利用热电偶温度计直接 插入电容器芯包卷绕针孔内测中心最高
烘箱
(a)
热电耦 温度计 芯包 卷绕针孔
温度 2 表面温度推算法 图 2b
测试 仪器 热电耦 温度计
式中 A
IR 21/2 fC UR – U-
IR
21/2/2
fCc U
IR 为电容器承受的纹波电流
f 为脉冲频率 Hz C 为额
+ Ca
1 2
Cc
–
定容量 复合容量 µF Ca 为阳 极容量 µF Cc 为阴极容量 µF UR 为额定电压 V U-为直流电压
V U 为阴极耐压 V
V1
U~
U–
~
–
图 1 基本原理图
电子元件与材料 2001 年 9 月
7
万方数据
3 结语
随着电子设备的进一步发展 对其所使用的铝电解电容 器的耐纹波电流能力的要求将会越来越高 因此我们必须不 断开发出适应于这些电子设备要求的电容器 另外 对于铝 电解电容器的纹波电流能力的确定 目前国内有的厂家盲从 于日本同行 并未完全建立起自己一套完整的测试 确定方 法 因此在这方面也应进一步完善
介 r 金 r 解 当阳极箔选定时 r 介一般就确定了 因此降低 电容器的 Res 值可从 r 金和 r 解上着手 当电容器工作频率较高 时 r 金所造成的损耗不可忽略 降低 r 金在电容器铆接时加强 控制 以降低铆接接触电阻 对大型电容器采用多引线条引
出 也可有效降低 r 金 从而达到降低 tgδ 的目的 3 电解液的研制 Res 最有效最直接的方法是提高电解液的
电导率 由公式 6 可看出 液的值直接影响电容器 r 解的 大小 笔者针对这种特性 开发出了使用于低压 105 2 000
h 超低阻抗产品的电解液 其电导率高达 30 000 µS/cm 具体
的材料配比如表 1
表 1 电解液配方
材料
H2O
乙二醇
w/%
30~40
40~50
1.3 电容器的散热和耐温
己二酸铵 12~16
1 材料配套 根据理论公式
tgδ = 2 f C Res
4
Res = r 介 +r 金 +r 解
5
收稿日期 2001-04-11 作者简介 丁继华 1971– 男 江苏南通人 1994 年毕业于四川大学物理系微电子专业 工程师 目前正在攻读南京航空航天大学在职工程硕
士 现任南通江海电容器厂技术开发部部长 主要从事铝电解电容器的工艺研究和新品开发工作
3
式中 S 壳为电容器外壳的表面积 cm2 f 为交流峰值电压
正弦波频率 Hz C 为电容器的实际电容量 µF tgδ为在
f 频率下损耗角的正切值 %
t 为电容器表面最高温升
在 3 式中 对于一个具体的电容器 S 壳 f C 均已 确定 t 也有一定的极限 因此提高电容器耐纹波电流的一 个主要手段便是降低 tgδ 降低电容器 t gδ 的方法很多 可从 下面几个方面着手考虑
研究与试制
铝电解电容器耐纹波电流探讨
丁继华 陈卫东
南通江海电容器厂 江苏 南通 ２２６３６３
摘要：随着电子设备的发展 对铝电解电容器耐纹波电流能力的要求越来越高 从材料选择 电容器发热原 因 散热途径等多方面对提高铝电解电容器耐纹波电流能力进行了分析 对电容器最大纹波电流的测试及其额 定纹波电流的确定作了一定的说明
原辅材料的导热系数也有一定的限度 针对这些问题 我们
从工艺着手 经多次试验验证了一个非常有效的办法 即在
电容器卷芯时 采用电容器负极延伸技术 产品在装配后
芯包中负极与电容器底部接触 当电容器工作时 芯包所产
生的热量直接通过负极箔传至外壳 大大提高了电容器的散
热效率 从而达到提高其耐纹波电流的能力
在电容器耐高温方面主要从电解液的高温性能方面进行 探索 电容器的最高工作温度上限一般取从 4 ~ 6 式可知 增大电容器用箔的有效面积 A
在允许的情况下尽量选用密度低 渗透能力强和厚度薄的电
解纸 可降低电容器 tgδ值 事实同样证明选用低比容的阳极 箔和低比容的负极箔以及符合上述条件的电解纸 可使电容
器的 tgδ值大为降低 2 工艺制造 电容器的等效串联电阻由三部分组成 即 r
从理论角度来考虑 IR 必须同时满足上述二公式 因为 一旦 IR 超过 1 式所限定的值 电容器阳极一侧便会承受大
于额定电压 UR 的电压 可能导致电容器过压而损坏 因此 对于一确定的电容器要求其耐大纹波电流 阳极要尽量选用
形成电压高的箔 另一方面 IR 又必须满足 2 式 如大于 2 式所约定的条件 电容器负极侧也会形成新的氧化膜而