由于每个体积的高电容及其在几乎任何电子系统中的潜在使用，铝电解电容器在各种电容器之间呈现特殊位置。它们可以在许多应用中使用，包括能量存储和过滤不需要的交流频率。利用它们的高电容值和低阻抗值，它们通常用于电源，逆变器和DC-DC转换器。
由于新材料和工艺改进，铝电解电容技术一直在发展，从而提高其可靠性和稳健性，允许操作长达20年。它们是大多数电气设计的关键部分 - 当正确选择时。但是，究竟是什么，是铝电解电容器，以及如何正确为项目选择一个？
什么是铝电解电容器？
电容器由由介电材料（或绝缘体）分开的两个导电材料层（电极）组成。一旦提供电流以对电容器充电，电容器在由该布置产生的电场中的电容器存储能量。在铝电解电容器中，电极由铝箔制成。在两个铝电极之间是导电液体，称为电解质。通过电化学反应，氧化物层（\ [Al_2O_3 \]）基于电极（阳极）之一，其用作铝电解电容器中的电介质。
图1。铝电解电容器的构造。图片由TDK提供。
图2。铝电解电容器构造的另一个视图。图片礼貌TDK.（PDF）。
电气特性
铝电解电容器的构造和材料使其具有一些独特的电气特性，使其成为许多应用的理想选择。
| 特征 | 描述 |
|---|---|
| 大电容 | 铝电解电容器为给定电压额定值为每单位体积提供大量电容。 |
| 高压额定值 | 铝电解电容器可用于各种应用。 |
| 储能 | 铝电解电容具有大的电容和高压额定值，意味着高储能功能。 |
铝电解电容器的优点
铝电解电容器的最大优点是电解质具有高容量效率，即每体积的较高电容，而不是任何常用的电容。铝电解物通常是某些应用的唯一可能的解决方案。正确选择并设计成电路时，可以最大化此优势。
铝电解电容器的另一个优点是高电压额定值的可用性。具有600V的直流电压额定值的铝电解电容器容易获得，这意味着它们可用于各种应用。
考虑到铝电解物的高电容和高电压一起产生另一个大的优势：储能。存储在电容器中的能量由以下等式给出：
\ [u = \ frac {1} {2} cv ^ 2 \]
等式1。存储在电容器中的能量（U =焦耳，C =电容，V =电压）
存储在电容器中的能量随电容和电压指数线性增加。
为电源应用选择电容器
了解铝电解物的基本原理是为电力电子设计选择合适的基础。雷竞技最新app以下是关键设计考虑因素：
电压额定值/降额
电容器电压额定值提供电容器的安全操作范围。在这些额定值内操作可防止它们损坏并延长其功能寿命。铝电解电容器最常为电源电压轨提供批量电容。
图3。示例变频器电路。图片由TDK提供。
因为铝电解电容器是极化的，因此它们仅用于DC电压应用 - 在示例电路中的直流整流后。考虑到应用的负载条件，即工作电压，浪涌和瞬态电压，纹波电流，环境温度，冷却条件和预期使用寿命，应考虑电容器。建议不要选择高于所需的电压等级，因为较高的电压率往往与更高的ESR相一致。在像这样的高纹波当前应用中，更高的ESR会造成重大问题。
等效串联抵抗
工程师在教育中提早了解理想的电容器，但实际的电容器并不理想。raybet电子竞技竞猜真实电容器可以作为理想电容器建模，其中有一些寄生元件。
图4。实际电容器的等效电路。图片由TDK提供。
在此图像中，\ [C_S \]是等效序列电路的理想电容分量。测量的电容将取决于用于进行测量的信号的温度和频率。ESR是等效序列电路的电阻组件。ESR取决于频率和温度，与以下等式的耗散因子有关：\ [ESR = TAN \ DELTA / \ OMEGA * C_S \]，其中TANδ是耗散因子，ω是施加的频率。最后，ESL是等效电路的电感分量，它是电容器的内部设计和其终端或铅配置。
对于电源应用，等效串联电阻（ESR）是最关心的。由电容器或纹波电流看到的电流的AC部分导致电容器在电容器中的ESR消散的功率。这种效果随纹波电流的频率而变化。ESR越高，电容器内部耗散的功率越多，意味着增加的发热和缩短的电容器寿命。没有必要在为电源设计指定电容时选择最低的ESR，但建议选择与设计中的纹波电流一起使用的ESR评级。
涟漪电流
术语纹波电流用于由于任何脉动或纹波电压而流过设备的交流电的根均线（RMS）值。该纹波电流产生的功率损耗导致电容器的自加热。The maximum permissible value of the ripple current depends on the ambient temperature, the ESR at the frequency of the AC signal, the thermal resistance, which is mainly determined by the surface area of the capacitor (i.e. heat dissipation area), and the applied cooling. Moreover, it is restricted by the ripple current capability of the contact elements.
图5。通过电容平滑的整流电压。图片礼貌Spinningspark.[cc by-sa 3.0]。
额定纹波电流（\ [i_ {ac，r} \]）通常在上部类温度和参考频率下指定。
随着热应力对电容器的寿命具有决定性影响，纹波电流产生的热量是影响使用寿命的重要因素。这些热考虑因素意味着在某些情况下可能是必要的，以选择具有比通常应用通常需要更高的电压或电容额定值的电容器。
浪涌，瞬态和反向电压
电容器对瞬态，过电压和反向电压敏感。典型的铝电解电容器可以在短时间内承受10％的速度超过其速度。一些电容器类型可以承受超过浪涌电压的电压脉冲。由于要求在很大程度上根据各个应用而差异，建议选择电容器设计以满足应用规格。始终建议工程师了解其设计中电容器的瞬态和过电压。
铝电解物是偏振电容器，可遭受反向电压的灾难性损坏。必要时，通过连接二极管，应防止相反极性的电压。≤1.5V的反向电压可容许持续时间小于一秒，使二极管保护可行。铝电解电解不能承受反向电压，即使在≤1.5V，连续或重复操作也是如此。
冷却
我们的数据表中所述的使用寿命值适用于具有天然冷却的铝电解电容器（即，绕组中raybet开户产生的热量通过这种情况消散）。通过额外的冷却措施（例如散热器或强制通风），可以增加允许的纹波电流和/或延长使用寿命。
由于大量的热量通过壳体散发，因此连接到电容器底座的散热器提供最有效的冷却。TDK提供专门设计的高压电容器的高压电容器，具有可安装在散热器上的螺钉或卡扣端子，以确保通过散热器的壳体从发热区域的最佳热传递。
图6。铝电解电容带散热器。图片由TDK提供。
需要使用的生命
最终的关键设计考虑是设计中电容器所需的使用寿命。有必要了解已经讨论过的所有因素，以及工程师知道他们的设计将持续的生活要求。
有很多因素和细微差别涉及，但工程师不需要成为铝电解电容器上深入的专家专家，以便能够适当地使用它们。TDK提供基于Web的应用程序ALCAP有用的生活计算工具通过他们的网站，通过在工程师的特定设计条件下计算其电容器的使用寿命，帮助工程师。
图7。TDK的ALCAP有用的生活计算工具。
将其整合在一起：使用Alcap使用寿命计算工具的逐步选择指南
第1步：确定设计所需的电容。
第2步：定义预期的环境温度。
第3步：定义要施加到电容器的DC工作电压。
第四步：绑定了电容器可用的空间（如果可用空间是一个问题）。
第5步：按照设计计算电容器上的预期纹波电流。
第6步：选择一些候选电容器。选择电容，温度和电压额定值所需的最小值（步骤1,2,3）。
第7步：计算顶部候选人的纹波电流。使用预期的纹波电流和候选电容器的ESR来计算。
第8步：根据设计应用定义电容器的所需使用寿命。
第9步：计算顶级候选人的使用寿命。使用TDK方便的在线计算器，允许输入15个负载条件，该条件将提供准确的有用生活信息。
第10步：使用ALCAP有用的寿命计算工具来确定电容器是否需要散热，强制空气或自然冷却来模拟输出。
第11步：选择设计的最佳候选人。
行业文章是一种内容的形式，允许行业合作伙伴分享有用的新闻，消息和技术，所有关于电路读者的行为编辑内容并不适合。雷竞技注册所有行业文章都受到严格的编辑准则，目的是提供读者有用的新闻，技术专业知识或故事。在行业文章中表达的观点和意见是合作伙伴的观点，不一定是关于电路或其作家的所有人。雷竞技注册
