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铝电解电容应用指南

1.电路设计 Circuit Design                                                        

1.1请明确铝电解电容器所处的环境和安装条件应符合本说明书中规定的情况。

1.2工作温度和纹波电流应小于本说明书中的规定。

●电容器不能用于超过规定的环境温度。

●电容器不能用于超过规定的纹波电流。

1.3设计电路时请选择满足产品寿命的电容器。

1.4铝电解电容器是有极性的。不要施加反向电压或交流电。在可能出现电压极性相反的电路中,请使用无极性电容器。注意:即使无极性电容器也不能在交流电情况下使用。

1.5在需要快速和频繁充/放电的电路中,请不要使用铝电解电容器。他需要使用具有长寿命特征的特别设计的电容器。

1.6不要施加过高的电压。

●请注意直流电压上叠加纹波电流时的峰值电压不要超过额定电压。

●在使用2个以上的铝电解电容串联时,请注意施加的电压应低于额定电压。应在每只电容并联一只平衡电阻,使每只电容器承受的电压相等。

1.7电容器外面的套管不能保证是电的绝缘体,不要使用标准套管的电容器在需要电绝缘的场合。当需要特别的绝缘时,请与我们的业务部联系。

●不要将具有多端子(三或四端子)的自立式产品的空端子(加固端子)连接到其他电路,这样可能引起短路。

1.8电容器避免用在下面的情况:

●暴露于水(包括露水)、盐水或油。

●在环境中含有有害气体,像硫化氢、亚硫酸、亚硝酸、氯、铵等等。

●使电容暴露在臭氧、紫外线和放射线的环境。

●超过本说明书的剧烈振动和物理冲击。


1.9设计电路板时,请注意以下。

●线路板上的孔,要与电容器的引线相应。

●在电容器安全孔的上面不应有器件或电线。

●除非另有规定的,压力释放口上面的间隙应大于下表。

铝壳直径Case Diameter

需要的间隙Gap Required

¢6.3~16

2mm or more

¢18~35

3mm or more

¢40 or more

5mm or more

●假如压力释放口面向线路板(例如端面密封型),在线路板上的相应位置打一个孔以释放气体。

●不要将螺栓型端子的电容器的密封端向下安装。当水平安装时,正极端一定要在较上的位置。

1.10用于电容器的主要化学成分电解液和隔离纸是易燃的。电解液是导电的,当它与电路板接触时,可能造成腐蚀或短路甚至会燃烧和起火。因此不能在电容器密封端的下面布置任何线条。

1.11设计电路板时,不要在电容器的旁边或下面(PCB板的另一面)放置发热量较大的元器件,如电阻、变压器等。

1.12铝电容器的电特性随温度和频率而变化。设计电路时请考虑这些变化。

1.13当设计半双面PCB板时,避免在电容器下面布置线条或通孔。

1.14螺丝安装型的铝电解电容器接线柱螺丝或支架螺丝的力矩必须在规定的范围。

1.15当用2个以上电容器并联时,请考虑电容器电流的平衡。

2.安装 Mounting

2.1一旦一个电容器已用在设备中并加上电压,不要尝试再将它使用在别的电路。

2.2在正负极之间可能存在电动势,请使用一只1KΩ电阻放电。

2.3贮藏6个月以上,漏电流可能增加。当漏电流已增加时,请使用1KΩ电阻做一次电压修复。

2.4在将电容器安装到PCB板之前注意核实其额定值。

2.5在将电容器安装到PCB板之前注意核实其极性。

2.6不要将电容器掉到地板上,也不要使用已掉于地板上的电容器。

2.7安装时注意不要再改变已成型的电容器的引线。

2.8请核实电容器的脚距符合PCB板的孔距。

2.9自立式电容器(外形如JIS 692,693,694和695)安装时,要紧贴PCB板(在PCB板与电容器底部不允许有间隙)。

2.10注意自动插件械的夹力不要太强(≦2.5Kg)。

2.11请注意自动插件机等机械设备不要对电容器产生机械冲击。

2.12焊接条件要满足本说明书的有关规定。

2.13将电容器焊接到PCB板后,请不要扳倒或转动电容器。

2.14请不要靠拿住焊好的电容器移动PCB板。

2.15请不要允许任何东西接触焊接好的电容器。如果PCB板存放在货架,请保证PCB板或其他器件不要接触电容器。

 电容器不能受刚焊接好的PCB板或其他器件的热辐射的影响。

2.16不要用卤化物清洁电容器。

2.17固定材料和涂覆材料。

●不要使用任何含有卤素成分的材料。

●请在涂覆前,清除电容器密封端面与PCB板空隙中的焊剂与杂物。

●只能部分的而不是全部包住电容器。

●了解有关涂覆材料造成的不良影响,请与我们业务部联系。


3.贮存 Storage

当铝电解电容器经过长期静态贮存时,其性能会降低。变化的比率依温度、湿度而变化。

电容器应当在温度5℃~35℃湿度小于75%,无直接日光照射的环境贮存。

电容器经贮存一年以上在使用前应进行“电压老化”,以再形成和修复氧化膜。

建议老化过程中监控漏电流不要超过规定值的情况下,逐渐的给电容器加压直到电容器的额定电压。当到达额定电压后保持30-60分钟。

 

4.印制板的清洁 Printed Circuit Board Cleaning

4.1前言 Foreword

现在大家普遍都认为卤类溶剂对铝电解电容器是有危害的。这是因为溶液能渗透电容器密封。然后,溶解和释放氯离子(CL-离子)可腐蚀铝电极。

下面的方法是唯一可以预先避免这个现象的途径。

使用对电容器无害的清洁剂,如水或酒精。

将电容器安装在已事先经过卤类溶剂清洗过的印制板上。

端口使用环氧密封。

这些方法在工作效率、清洁能力、成本等方面有缺点。因此,耐卤类清洗剂的铝电解电容器是大家所希望的。

4.2清洗剂的类型 Types of cleaning agents

一般地有三种类型清洗剂。

●水类 water type

●酒精类 alcohol type

●卤素类 halogen type

三类中,水和酒精使之渗进铝电解电容器也仅有很微弱的影响。然而,卤素能引起铝箔和引线的腐蚀。普通卤素类清洗剂列在下表:

化学名称

结构式代

表性商标名

三氯三氟代乙烷 Trichlorotrifluoethane

C2Cl3F3

Freon TF,Daiflon S-3

氟代三氯甲烷Fluorotrichloromethane

CCl3F3

Freon-11,Daiflon S-1

三氯甲烷(氯仿)Trichloroethane

C2H3Cl3

Chloroethane

三氯乙烯Trichloroethylene

C2HCl3

Trichlene

甲基氯化物Methyl Chloride

CH3Cl

MC

上表所列后四个溶剂可显著地腐蚀铝,不推荐使用这些清洗剂。

4.3溶剂渗透通道和腐蚀机制

下图给出溶剂渗入电容器的三条通道。

①通过密封胶粒和铝壳(曲线部分)之间的空隙渗入。

②通过密封胶粒和导针之间的空隙渗入。

③通过密封胶粒渗入。

为减少溶剂进入电容器的可能性,加强密封以减少胶粒和铝壳/导针间的空隙。需要使用抗溶剂渗透的密封胶粒。

当一溶剂,例如三氯三氟代乙烷,渗入不抗溶剂渗透的电容器,其氯离子是自由的,如下面的反应公式。

C2Cl3F3→C2F3Cl+2Cl

氯离子与铝起反应如下:

Al+3Cl-→AlCl3+3e-

AlCl3溶液在水里反应为:

AlCl3+3H2O→Al(OH)3+3H++3Cl-

如此,氯离子再一次自由并重复腐蚀铝。这个反应的度,依溶液的量,使用时电容的周围温度,施加的电压和时间等等。

5.基本电气的特性 Basic Electrical Characteristics

电容量 Capacitance:

电容器的电容量可通过测量他的阻抗来确定其交流电容量。其交流电容量依赖于频率、电压和测量方法。JIS C 5102规定一个串联等效电路( )的串联电容分量,是在频率120HZ,交流电压0.5Vrms加直流偏置电压1.5-2.0V条件下测量出电容量。

铝电解电容器的电容量在测量频率增加时变小。如下图所示:

 

频率frequency(Hz)

电容量与温度的关系 capacitance vs frequency

测量的温度和频率一样同样影响电容量。当温度降低时电容量变小。如下图所示。

 


温度 temperature(℃)

电容量与温度的关系 capacitance vs. temperature

另一方面,直流电容量可以在施加一直流电压时来测量改变来确定,在正常温度下它比交流电容量稍大,而超过这个温度范围有较平的特性。

 

Tanδ(损失角的正切或损失因子):

Tanδ是串联等效电路的电阻分量(ESR)与容抗分量(1/wc)之比,它的测量条件与电容量测量相同。


Tanδ=ESR/(1/ωc)=ωc.ESR

这里:ESR=串联等效电路在120Hz 时的电阻

ω=2πf

f=120Hz

Tanδ随测量频率的增加和测量温度的减少而变大,如下图所示:

 

 

频率frequency(Hz)                                温度temperature(℃)

Tanδ与频率之间的关系Tanδ vs. frequency      Tanδ的温度特性temperature characteristics ofTanδ

 

等效串联电阻 Equivalent Series Resistance(ESR)

ESR是由铝氧化膜、电解液、电解纸及其它受铝箔长度、面积等影响产生的电阻。ESR值依赖于温度。减小温度使电解液的电阻率增加,结果是ESR增加。当测量频率增加,ESR减少并到达一个几乎恒定的值,主要是由于电解液、电解纸独立于频率的电阻。

阻抗Impedance(z):

阻抗是在一指定的频率下阻碍交变电流流动的阻力。

它与电容(C)的容抗和电感(L)的感抗,也和ESR有关。表达式如下:

while:Xc=1/ωC=1/2πfC

XL=ωL=2πfL

容抗(XC)统治低频率范围,阻抗随频率增加而减少,直到达到中间的频率范围的ESR。在更高的频率的范围,感抗成为统治者,阻抗随频率增加而增加。


如下图所示,因为电解液的电导随温度而变化,阻抗也随温度而变化。

 

 

频率frequency(Hz)

曲型的阻抗温度特性 temperature characteristics of impedance

 

漏电流Leakage Current

电容器的绝缘有很高的电阻,阻止直流电流的流动。然而,由于铝氧化膜作为与电解液接触的绝缘体,有一个小的电流叫漏电流。当施加电压时电流修复和再化成氧化膜。如下图所示,当施加给电容器电压前几分钟,有较高的漏电流,然后漏电流随时间减小,并到达一个几乎稳当的值。

 

 


                                      时间time(分minute)

                               漏电流和时时间的关系 leakage current vs.time

测量时的温度和电压影响漏电流。漏电流当温度和电压增大时变大。

 

温度 temperature(℃)

典型的温度特性 typical temperature characteristics

一般地,漏电流的测量是在20℃施加标准电压,与电容器连一个1000Ω的电阻,当电容器的电压到达额定电压几分钟后进行测量。本目录描述了测量温度和时间。

寿命预期图 Life estimation chart


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