陶瓷電容器的替代方案，鋁電解電容介紹

鋁電解類型是需要非常大電容值的首選組件。它們?cè)趲缀跛薪^對(duì)尺寸不是首要設(shè)計(jì)因素的電子設(shè)備中無(wú)處不在。鋁電解類型具有數(shù)百伏量級(jí)的大額定電壓和數(shù)千微法量級(jí)的巨大電容值。有專門品種的“超級(jí)電容器”，其電容值超過(guò)整法拉，這些主要用作電池替代品，而不是大容量去耦。

鋁電解電容器是高紋波電流應(yīng)用(如開(kāi)關(guān)電源)的首選。它們可以具有非常低的 ESR 值，并且可以支持許多安培的 RMS 紋波電流。紋波電流額定值通常會(huì)隨著溫度和頻率而降低，因此請(qǐng)務(wù)必仔細(xì)檢查數(shù)據(jù)表的詳細(xì)規(guī)格以了解您的具體應(yīng)用，因?yàn)椴⒎撬兄圃焐潭际褂孟嗤念~定值/降額方法或術(shù)語(yǔ)。幾十毫歐量級(jí)的ESR值現(xiàn)在普遍可用，這是開(kāi)關(guān)電源設(shè)計(jì)者的夢(mèng)想。典型的鋁電解降額乘數(shù)。對(duì)于不同制造商的產(chǎn)品和預(yù)期應(yīng)用，這些將有所不同。例如，打算在市電橋式整流器之后使用的電容器通常會(huì)將最大 RMS 紋波電流乘數(shù)參考為 120 Hz，而不是此處列出的 200 kHz。

鋁電解電容器確實(shí)具有預(yù)期的使用壽命，即使在適當(dāng)降額使用時(shí)也是如此。由于它們通常由液體電解質(zhì)制成，它們會(huì)隨著時(shí)間的推移而變干并失去電容，并且 ESR 會(huì)增加。有許多高可靠性類型可用，定義的壽命長(zhǎng)達(dá)數(shù)萬(wàn)小時(shí)，如果您的要求是長(zhǎng)壽命產(chǎn)品，我建議您研究這些。還有一些更新的聚合物或有機(jī)類型有望降低 ESR 并提高紋波電流能力?，F(xiàn)在可以使用 ESR 值非常低的專用鋁電解液。超低 ESR 具有更高紋波電流能力的優(yōu)點(diǎn)，但具有“高 Q”阻抗曲線(如圖所示)的缺點(diǎn)，這可能會(huì)導(dǎo)致開(kāi)關(guān)電源應(yīng)用中的振鈴。

一般來(lái)說(shuō)，熱量是鋁電解電容器的一大殺手，因?yàn)闊崃繒?huì)使電容器中的電解液蒸發(fā)，因此建議進(jìn)行充分的溫度降額，同時(shí)確保在任何 RMS 紋波電流受控的情況下保持自發(fā)熱。大多數(shù)類型的額定溫度為 -25 o C 至 85 o C 或 -55 o C 至 105 o C。電解液往往在較低溫度下凍結(jié)，導(dǎo)致 ESR 升高并限制低溫性能。特殊型號(hào)的額定溫度為 -55 o C 至 150 o C。

為了獲得最大壽命，通常建議電壓降額低于額定最大電壓的 80%，而 RMS 電流通常降額至最大 75% 以下，并且由于自熱導(dǎo)致電容器上升10 o C 的限制。一些公司還指定最低工作電壓為額定最大值的 20%，以保持氧化層正確形成。

由于大多數(shù)鋁電解液的物理尺寸很大，安裝問(wèn)題也會(huì)加劇故障，因?yàn)槿魏螡皲X電解液的第一個(gè)故障點(diǎn)是電解液的泄漏，而電解液的唯一真實(shí)路徑是通過(guò)橡膠端密封，它必須采取所有預(yù)防措施，以免在組裝或使用過(guò)程中干擾該橡膠密封件。

在產(chǎn)品組裝過(guò)程中彎曲或拉扯引線會(huì)損壞橡膠密封圈。如果引線空間在通孔部件上不完全正確，或者使用在 PCB 上彎曲的電容器并且在彎曲操作期間不支撐引線，則可能會(huì)發(fā)生這種情況。顯示了兩種快速縮短設(shè)計(jì)良好的鋁電解電容器應(yīng)用壽命的方法。對(duì)橡膠端密封件中的引線施加應(yīng)力會(huì)損壞鋁電解電容器，最終導(dǎo)致電解液泄漏。如果在 PCB 上安裝電容器時(shí)將引線平放在身體上彎曲，或者如果您將電容器安裝到引線間距錯(cuò)誤的封裝中，則可能會(huì)發(fā)生損壞。在對(duì)引線進(jìn)行任何彎曲操作之前，請(qǐng)務(wù)必在夾具中或用鉗子支撐引線。

另一個(gè)安裝問(wèn)題是當(dāng)大型罐型電解液位于 PCB 上時(shí)。即使將 PCB 從一個(gè)位置運(yùn)送到另一個(gè)位置，也會(huì)導(dǎo)致電容器振動(dòng)并加工硬化引線，從而導(dǎo)致令人驚訝的早期引線斷裂或橡膠密封損壞。每當(dāng)您有機(jī)會(huì)在 PCB 上將幾個(gè)高鋁電解液放在一起時(shí)，您可以將它們以 90 度角相互安裝，然后用少量柔性粘合劑將它們粘合在一起。您可以采取任何措施來(lái)幫助防止電容器無(wú)阻尼地振動(dòng)，從而防止引線加工硬化和失效。不要忘記在任何高鋁電解電容器上使用一些粘合劑，以防止振動(dòng)損壞。將柔性粘合劑涂在電容器組或什至單個(gè)電容器和一些附近的組件上，可以顯著提高產(chǎn)品的生存能力。

當(dāng)我在 Hewlett-Packard 工作時(shí)，我們過(guò)去常常在設(shè)計(jì)階段對(duì)每臺(tái)儀器進(jìn)行搖晃/振動(dòng)測(cè)試，即使在低運(yùn)輸水平的振動(dòng)測(cè)試期間，所有鋁電解裝置也很容易從板上脫落。因此，我們只是習(xí)慣于在設(shè)計(jì)階段為每個(gè)產(chǎn)品中的這些組件提供機(jī)械支撐。不要忽視這種重要但低成本的方法，可以立即提高產(chǎn)品的可靠性。更好的是，如果您沒(méi)有將振動(dòng)測(cè)試作為產(chǎn)品認(rèn)證過(guò)程的一部分，請(qǐng)盡快開(kāi)始。