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　　本文主要介紹的是關(guān)于電解電容發(fā)熱原因解析，探討了電解電容發(fā)熱的主要因素，希望本文能讓你對(duì)電解電容法發(fā)熱現(xiàn)象有更全面的理解。

　　電解電容是電容的一種，金屬箔為正極（鋁或鉭），與正極緊貼金屬的氧化膜（氧化鋁或五氧化二鉭）是電介質(zhì)，陰極由導(dǎo)電材料、電解質(zhì)（電解質(zhì)可以是液體或固體）和其他材料共同組成，因電解質(zhì)是陰極的主要部分，電解電容因此而得名。同時(shí)電解電容正負(fù)不可接錯(cuò)。鋁電解電容器可以分為四類(lèi)：引線(xiàn)型鋁電解電容器；牛角型鋁電解電容器；螺栓式鋁電解電容器；固態(tài)鋁電解電容器。

　　電解電容器通常是由金屬箔（鋁/鉭）作為正電極，金屬箔的絕緣氧化層（氧化鋁/鉭五氧化物）作為電介質(zhì)，電解電容器以其正電極的不同分為鋁電解電容器和鉭電解電容器。鋁電解電容器的負(fù)電極由浸過(guò)電解質(zhì)液（液態(tài)電解質(zhì)）的薄紙/薄膜或電解質(zhì)聚合物構(gòu)成；鉭電解電容器的負(fù)電極通常采用二氧化錳。由于均以電解質(zhì)作為負(fù)電極（注意和電介質(zhì)區(qū)分），電解電容器因而得名。

　　有極性電解電容器通常在電源電路或中頻、低頻電路中起電源濾波、退耦、信號(hào)耦合及時(shí)間常數(shù)設(shè)定、隔直流等作用。一般不能用于交流電源電路，在直流電源電路中作濾波電容使用時(shí)，其陽(yáng)極（正極）應(yīng)與電源電壓的正極端相連接，陰極（負(fù)極）與電源電壓的負(fù)極端相連接，不能接反，否則會(huì)損壞電容器。

　　無(wú)極性電解電容器通常用于音箱分頻器電路、電視機(jī)S校正電路及單相電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)電路。

　　電解電容器廣泛應(yīng)用于家用電器和各種電子產(chǎn)品中，其容量范圍較大，一般為1~33000μF，額定工作電壓范圍為6.3~700V。其缺點(diǎn)是介質(zhì)損耗、容量誤差較大（最大允許偏差為+100%、-20%），耐高溫性較差，存放時(shí)間長(zhǎng)容易失效。

　　電解電容的極性，注意觀察在電解電容的側(cè)面有“-”是負(fù)極、“+”是正極，如果電解電容上沒(méi)有標(biāo)明正負(fù)極，也可以根據(jù)它的引腳的長(zhǎng)短來(lái)判斷，長(zhǎng)腳為正極，短腳為負(fù)極。

　　什么是紋波

　　紋波的定義是指在直流電壓和電流中，疊加在直流穩(wěn)定量上的交流分量。在評(píng)估紋波時(shí)，通常圍繞紋波電壓和紋波電流這兩個(gè)組成部分來(lái)進(jìn)行。在大多數(shù)應(yīng)用中，紋波和噪聲是工程師要最大限度抑制的一種電路狀態(tài)。例如，在將交流電源轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定直流輸出的AC-DC轉(zhuǎn)換器中，要竭力避免AC電源會(huì)以一種小幅、根據(jù)頻率的變化信號(hào)疊加在DC輸出之上的一種現(xiàn)象。另外，對(duì)采用鉭、鋁和鈮氧化物等有極性的電容器來(lái)說(shuō)，還有另一個(gè)需特別注意的地方：不要讓紋波電壓的最小值掉到零電位以下，因?yàn)檫@將導(dǎo)致有極性電容工作在反向偏壓條件。

　　電容發(fā)熱的主要因素

　　紋波是導(dǎo)致電容自發(fā)熱的原因之一，電容起著電荷庫(kù)的作用，當(dāng)電壓增加時(shí)，它們被充電；電壓降低時(shí)，它們向負(fù)載放電；它們實(shí)質(zhì)上起著平滑信號(hào)的作用。當(dāng)電容受到紋波電壓非直流電壓時(shí)，電容將經(jīng)歷變化的電壓，并根據(jù)施加的電源，還可能有變化的電流，以及連續(xù)和間歇性的脈動(dòng)功率。無(wú)論輸入形式為何，電容電場(chǎng)經(jīng)歷的變化將導(dǎo)致介電材料中偶極子的振蕩，從而產(chǎn)生熱量。這一被稱(chēng)為自發(fā)熱的反應(yīng)行為，是介電性能成為重要指標(biāo)的主要原因之一，因?yàn)槿魏渭纳娮?ESR)或電感(ESL)都將增加能耗。

　　理論上，一個(gè)完美的電容，自身不會(huì)產(chǎn)生任何能量損失，但是實(shí)際上，因?yàn)橹圃祀娙莸牟牧嫌须娮?、電感，電容的絕緣介質(zhì)有損耗，各種原因?qū)е码娙葑兊貌弧巴昝馈?。一個(gè)不“完美”的電容其等效電路可看成由電阻、電容、電感組成，如下為一個(gè)不“完美”的鉭電容，其等效電路由電阻、電容、電感、二極管串并聯(lián)電路組成。

　　AVX TAJ系列規(guī)格100uF/16V鉭電容器詳細(xì)等效電路

　　容量與頻率關(guān)系曲線(xiàn)

　　DF與頻率關(guān)系曲線(xiàn)

　　ESR、Z與頻率關(guān)系曲線(xiàn)

　　由上可知，該鉭電容器SRF（自諧振頻率）在500KHz左右，該點(diǎn)Z值最小，諧振頻率點(diǎn)之前電容呈容性，諧振點(diǎn)之后電容呈感性，也就是說(shuō)在頻率很高，超過(guò)電容自諧振頻率的情況下，電容就不在是"電容"了 ，此時(shí)的功率損耗主要由電容的寄生電感引起，P耗=I2rms·2πf·L，所以高頻下，低ESR、ESL電容的發(fā)熱少。

　　電容電介質(zhì)很薄，就電容的總質(zhì)量來(lái)說(shuō)，它可能僅占一小部分，所以在評(píng)估波紋時(shí)，也需考慮其結(jié)構(gòu)中所用的其它材料。例如，無(wú)極性電容(如陶瓷或薄膜電容)中的電容板是金屬的；而極性電容(如鉭或鋁)，具有一個(gè)金屬陽(yáng)極(而在鈮氧化物技術(shù)中，陽(yáng)極是導(dǎo)電氧化物)和一個(gè)電解質(zhì)陰極(如二氧化錳或?qū)щ娋酆衔?。在內(nèi)外部連接或引腳上，還有各種導(dǎo)電觸點(diǎn)，包括金屬(如：銅、鎳、銀鈀和錫等)和導(dǎo)電環(huán)氧樹(shù)脂等都會(huì)增加阻抗成份，當(dāng)AC信號(hào)或電流通過(guò)這些材料（材料阻抗成份即電容器等效串聯(lián)電阻ESR）時(shí)，它們都會(huì)有一定程度的發(fā)熱。

　　要了解這些因素如何發(fā)揮作用，我們以使用固體鉭電容器在直流電源輸出級(jí)平滑殘留AC紋波電流為例。首先，由于它是有極性電容器，所以需要一個(gè)正電壓偏置，以防止AC分量引起反向偏壓情況的發(fā)生。該偏置電壓通常是電源的額定輸出電壓。

　　紋波電壓疊加在偏置電壓上

　　Voltage:電壓 Time:時(shí)間

　　鉭電容紋波發(fā)熱是由于通過(guò)鉭電容的紋波電流在鉭電容等效串聯(lián)電阻上生產(chǎn)了功率損耗。我們看由在給定頻率下電流的紋波值在鉭電容等效串聯(lián)電阻產(chǎn)生的功耗(等于I2R，其中“I”是電流均方根[rms])。

　　P耗=I2rms·ESR（由紋波電流引起的功耗）

　　Irms：一定頻率下的紋波電流，ESR：電容等效串聯(lián)電阻。

　　我們以考察一個(gè)正弦紋波電流及其RMS等效值入手。如果在某一頻率，我們使一個(gè)1A Irms的電流流經(jīng)一個(gè)100mωESR的電容，其產(chǎn)生的功耗是100mW。若連續(xù)供電，基于電容元件結(jié)構(gòu)和封裝材料的熱容量、以及向周?chē)崴扇〉乃写胧?例如：對(duì)流、傳導(dǎo)和輻射的組合)，該電流將使電容在內(nèi)部發(fā)熱，直到它與周?chē)h(huán)境達(dá)到平衡。

　　電容發(fā)熱的次要因素

　　另外在我們考慮紋波前，我們必須注意由施加的直流偏壓產(chǎn)生的發(fā)熱。電容不是理想器件，一種寄生現(xiàn)象是跨接介電材料的并聯(lián)電阻（RLi），該電阻將導(dǎo)致漏電流的發(fā)生。這個(gè)小DC電流會(huì)導(dǎo)致發(fā)熱，但是不像其它典型應(yīng)用的紋波狀態(tài)，該發(fā)熱通?？珊雎圆挥?jì)。電容漏電流引起的功耗可由下式計(jì)算：

　　P耗=I2DCL·R（由漏電流引起的功耗）

　　IDCL：指鉭電容漏電流， R：是跨接介電材料的并聯(lián)電阻(近似于鉭電容絕緣電阻)

　　如1中100uF/16V鉭電容等效電路的絕緣電阻RLi等于1.1Mω,在室溫下，其IDCL不超過(guò)10uA(100uA@85℃)，所以其最大功耗約為0.11mW，在這種情況，紋波發(fā)熱是DC漏電流發(fā)熱的1000倍，因此后者(如前所述)可以忽略不計(jì)。

　　當(dāng)工作電壓超過(guò)電容最大承受電壓、極性電容反向、電容器介質(zhì)絕緣性能下降等情況使用，此時(shí)電容發(fā)熱主要由漏電流引起，如下以電解電容為例說(shuō)明。

　　電解電容器為極性電容，因電解電容器介質(zhì)氧化膜具有單向?qū)щ娦?，下為電解電容介質(zhì)氧化膜耐壓與漏電流伏安特性曲線(xiàn)，與二極管伏安特性類(lèi)似。

　　電解電容器介質(zhì)氧化膜V-I特性曲線(xiàn)

　　6為電解電容器介質(zhì)氧化膜V-I特性曲線(xiàn)，決定了電解電容器單向?qū)щ娦裕怯袠O性電解電容器。由于陰極箔表面有自然氧化的氧化膜，可耐極低的反向電壓。給電解電容器加反向電壓，會(huì)造成電解電容器陽(yáng)極表面介質(zhì)氧化膜擊穿、破損，且在反向電流作用下破損的介質(zhì)氧化膜無(wú)法修復(fù)，導(dǎo)致介質(zhì)氧化膜絕緣性能下降，電解電容器內(nèi)部漏電流DCL會(huì)急劇增大，內(nèi)部漏電流DCL通過(guò)絕緣電阻會(huì)產(chǎn)生功率損耗，最終導(dǎo)致電解電容器發(fā)熱?？梢哉f(shuō)漏電流是衡量電容器介質(zhì)絕緣性能好壞的標(biāo)志，對(duì)于一些精密電路和漏電流敏感電路使用電容器時(shí)，檢測(cè)電容的漏電流或絕緣電阻是不可忽略的。