详解电解电容

电解电容的概念

电解电容的金属箔为正极（铝、钽、铌），与正极紧贴金属的氧化膜是电介质（该电介质具有单向特性，所以正负极不可接反，一般1-2V的反向直流电流就可以使铝电解电容失效），阴极由导电材料，电解质（电解质可以是液体或固体）和其他材料共同组成.因电解质是阴极的主要部分，电解电容因此而得名。

一般铝电解电容在外表面都有一层“外衣”，即用绝缘材料做的套管。套管可以印上一些字符，如电容值，耐压值，厂家信息：二是起到绝缘的作用，防止铝外壳碰到其他有电器件，密封电容防止电解液干涸

电解电容分类方法

传统分类方法：按阳极材料分为：铝电解电容、钽电解电容、钽电解电容（铌电解电容落地不多）。通常认为钽电解电容性能比铝电解电容好，但这种凭阳极判断电容性能的方法已经过时，目前决定电解电容性能的关键并不在于阳极，而在于电解质，即阴极。

按阴极材料分类，阴极由导电材料、电解质（电解质可以是液体或固体）和其他材料共同组成

（1）电解液电容。铝电解电容的阴极材料。

优点：电解液制造的电解电容，最高能耐260℃的高温，这样就可以通过波峰焊，同时耐压性也比较强。当介质被击穿后，只要击穿电流不持续，那么电容就能够自愈。

缺点：高温环境下电解液易挥发，渗漏，对寿命和稳定性影响大；高温高压环境下电解液可能瞬间汽化，体积增大引起爆炸；电解液的电导率只有0.0IS/cm，这造成ESR特别大

（2）MnO2固体电容。钽电容所使用的阴极材料。

优点：MnO2电导率是（0.1S/cm）.所以MnO2电容的ESR比电解液电容小。MnO2的耐高温能耐的瞬间温度在500℃左右。

缺点：在极性接反的情况下容易产生高温，发生爆炸。阴极材料的价格也比较贵

传统上认为钽电解电容性能比铝电解电容好，主要是由于MnO2性能有过电解液电容的表现。

（3）高分子聚合物电容。性能很好

缺点：价格相对偏高，容量有限，额定电压偏小。但市场上所用的很少

电容参数

①漏电流：电容的介质对直流电流具有很大的阻碍作用。由于铝氧化膜介质上浸有电解液，在施加电压时，重新形成和修复氧化膜时会产生很小的电流。通常漏电流会随着温度和电压的升高而增大。

②电容量：JISC5102标准规定，铝电解电容的电容量的测量是在额率为120Hz.最大交流电压为0.5Vrms，DC编压为1.5~2.0V的条件下进行，检测电容量的目的是测试电容值是否在许可偏差范围内，高于或低于许可偏差范国都不可以

③DF与Q值：在温度为25℃，频率为120Hz条件下测试电解电容的损耗角正切，铝电解电容接入电路后，如果内部电阻增大，则其损耗角正切也相应增大，电容的有效电容量降低，发热量增大，导致工作电解液干涸，产品失效，损耗角正切越小越好。

电容的外观于防爆槽

电容根据电流的大小和安装需求的不同.有很多种形态的引线方式。有贴片型封装，径向引线型（直插）、轴向引线型、嵌入式型（牛角型）、焊接端子型、螺纹端子型。

铝电解电容在超压，反接，老化时都有可能发生爆炸，爆炸之后内部的电解液喷射而出，形成爆浆，传统铝电解电容都有防爆槽（或称为防爆阀），优先从防爆槽爆炸，使压力容易被释放

对于容量小，耐压低，爆炸起来没有太大风险的铝电解电容，会省去防爆槽的工序

最小电容计算公式

控制某一纹波电压所需的最小电容的计算公式为

P为电容上消耗的功率；U为整流器输出电压的最大值和最小值；f为整流器输出的脉动频率

铝电解电容失效模式分析：

铝电解电容常见的失效模式：有防爆槽开裂，开路，漏电流增大，漏液，短路，电容量下降，击穿等。从失效机理看，使用条件对铝电解电容的寿命有很大的影响。使用条件可分为环境条件和电条件，环境条件有温度，湿度，气压，震动等，其中温度对铝电解电容寿命的影响是最大的。电条件有电压、纹波电流，充放电等。

应用铝电解电容时，需要考虑环境的散热方式和散热强度，电容与热源的距离，电容的安装方式，建议看数据手册了解环境温度对电容容量和寿命的影响。在电容的电条件比较好的情况下，可以直接利用温度对铝电解电容寿命进行估算。

失效模式	失效原因	失效部位	失效机理	失效类型	与失效相关的变量
防爆槽开裂	纹波电流过大，环境温度过高，快速地充放电	防爆槽	芯子内部温度过高，电解液汽化，压力过大，防爆槽开裂	耗散失效	工作纹波电流、环境温度、快速充放电
水和反应	铝和水发生化学反应	耗散失效	温度、时间、水含量
过电压、反向电压、交流电压	/	突发失效	工作电压、反向电压
开路	来料品质不良	铝箔与引线铆接部位	铝箔与引线接触不良，电路开路。	早期失效	来料质量
来料品质不良，电容受到卤素污染	阳极导电条	正极导电铝条与卤素发生电化学反应，将铝条腐蚀开路	早期失效，突发性失效	来料质量，加工过程中对卤素液体地控制
单板加工时受到外力损伤	铝箔与引线铆接部位	铆接部位因受外部应力而损伤撕裂	早期失效	单板加工，运输时地外应力
过电压	铆接部位，导电条	过高地瞬间电压降铆接部位，导电条击穿撕裂	突发性失效	浪涌电压
漏电流增大	反向电压	负极箔、正极箔	负极箔没有耐压能力，有反向电压时，负极箔会产生电化学反应，释放热量，产生气体时也会破坏正极箔的绝缘性能，再加电时漏电流增大	突发性失效	反向电压
环境温度过高，纹波电流过大	正极箔	高温时绝缘介质性能下降，产生缺陷，加电时电容因自愈性能而使漏电流增大	突发性失效	环境温度、纹波电流
电容存在缺陷	电容芯包	铝箔上存在裂痕，毛刺，电解质有空洞	早期失效	来料质量
漏液	来料质量不良	封口处、引线端根部	电容密封不良、造成电解液从封口处或引线端根部溢出	耗散失效	来料质量
短路	电压	电容芯包	铝箔和电解纸被击穿、开裂、烧毁，造成正负箔接触	突发性失效	过电压
单板加工时受到外力损伤	铝箔和引线铆接部位	铆接部位因受外力而损伤，产生毛刺使正负极箔接触	早期失效	单板加工，运输时的外应力
电容内部存在短路点	电容芯包	电容内部存在电路缺陷点，造成电压加不上	早期失效	来料质量
电容量下降	过高的内部温度	电容芯包	高温时电解液挥发，电解液含量下降，造成电容容量降低	耗损失效	纹波电流，环境温度
铝箔质量差	正、负极箔	正负铝箔的稳定性差，长期工作后电容量下降	耗损失效	来料质量
击穿	溶液酸值上升	阳极氧化炉介质膜	在存储过程中氧化膜层发生腐蚀作用	耗损失效	纹波电流，环境温度
工艺缺陷	氧化铝附近存在杂质	阳极氧化膜无法填平修复，氧化膜上会留下微孔和穿透孔	早期失效	来料质量

审核编辑 黄宇