（电力电子类）关于电解电容漏电流的知识问题总结
2012-11-04 19:45阅读：
内容构成：
1：摘要：为什么要做这个总结。
2：了解电解电容：对电解电容做详解
3：电解电容的参数：对电解电容的主要参数进行分析解释(重点)
4：电解电容储存及工作寿命：怎么处理电解电容做了一个分析
摘
要：无源滤波元器件中，电容是一个很重要的基本元器件，但应用中由于对电容的认识不深，存在一些不正确的使用而造成问题。我在实践中遇到了这类问题，所以进行搜集资料研究关于电解
电容漏电流的知识。
一：电解电容了解
电解电容是电容的一种，金属箔为正极（铝或钽），与正极紧贴金属的氧化膜（氧化铝或五氧化二钽）是电介质，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。同时电解电容正负不可接错。
![（电力电子类）关于电解电容漏电流的知识问题总结]( "（电力电子类）关于电解电容漏电流的知识问题总结")
电解电容如下图所示
![（电力电子类）关于电解电容漏电流的知识问题总结]( "（电力电子类）关于电解电容漏电流的知识问题总结")
1.特点
电解电容器特点一：单位体积的电容量非常大，比其它种类的电容大几十到数百倍。
电解电容器特点二：额定的容量可以做到非常大，可以轻易做到几万μf甚至几f（但
不能和双电层电容比）。
电解电容器特点三：价格比其它种类具有压倒性优势，因为电解电容的组成材料都
是普通的工业材料，比如铝等等。制造电解电容的设备也都是普通的工业设备，可以大规模生产，成本相对比较低。常见的日系电解电容以Nippon
Chemi-con(黑金刚）、Nichicon（尼吉康）、Rubycon（红宝石）、Matsushita(松下电器，从2005年改为Panasonic)、Hitachi（日立）、ELNA（埃尔纳，俗称依娜）为代表，台系电容则以LELON（立隆）、SUSCON（冠坤）、TEAPO（智宝）、CAPXON（丰宾）为代表，港系:SAMXON（万裕）,国内以Yadacon(雅达康
)、Beryl（绿宝石）、Acon（中元）、Chang（华威）、Xunda（讯达)等为代表，欧美以ELEBASIC、ITEDCON、KENDEIL、CDE、BHC，EVERALPHA为代表。
2.原理
电解电容器通常是由金属箔（铝/钽）作为正电极，金属箔的绝缘氧化层（氧化铝/钽五氧化物）作为电介质，电解电容器以其正电极的不同分为铝电解电容器和钽电解电容器。铝电解电容器的负电极由浸过电解质液（液态电解质）的薄纸/薄膜或电解质聚合物构成；钽电解电容器的负电极通常采用二氧化锰。由于均以电解质作为负电极（注意和电介质区分），电解电容器因而得名。
3.应用
有极性电解电容器通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、去耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。一般不能用于交流电源电路，在直流电源电路中作滤波电容使用时，其阳极（正极）应与电源电压的正极端相连接，阴极（负极）与电源电压的负极端相连接，不能接反，否则会损坏电容器。
无极性电解电容器通常用于音箱分频器电路、电视机S校正电路及单相电动机的起动电路。
电解电容器广泛应用于家用电器和各种电子产品中，其容量范围较大，一般为1~1000μF，额定工作电压范围为6.3~450V。其缺点是介质损耗、容量误差较大（最大允许偏差为+100%、-20%），耐高温性较差，存放时间长容易失效。
电解电容的极性，注意观察在电解电容的侧面有“—”，是负极，如果电解电容上没有标明正负极，也可以根据它的引脚的长短来判断，长脚为正极，短脚为负极。
4.发展
就现在的产量来说，铝电解电容器在电容器中占第二位．这类电容器本来是一般的直流电容器，但现在已经从直流发展到交流、从低温发展到高温、从低压发展到高压、从通用型发展到特殊型、从一般结构发展到片式、扁平、书本式等结构。其上限容量已扩展到4F左右，使用频率已达到30kHz，工作温度范围已达到-55℃—125℃，有的甚至高到150℃，额定电压己达到700V。总之，铝电解电容器的发展越来越广。
二：电解电容参数：
表征电解电容器性能的参数有标称电容量C，损耗角正切tg6'，额定电压V
及漏电流等。由于电解电容器在性能上有其特殊性，因此，对某些参数在标称值的允许偏差上可有所放宽；而对有些参数值删必须严加控制。譬如在汽车仪表电路中，要用到十几种规格不同的电解电容器，它们分别起着不同的作用
所以，对漏电流的要求也不一样。2jV一47 F和0V一220
F两种规格的电解电容器，用于滤波电路中，要求其漏电流常数
值为0．03；而用于延时电路的25V_10p
F和l V一10gF电解电容器，则要求其漏电流非常小， 值规定为0．003，即比前者低一个量级。这是因为，用于延时电路中的电解电容器漏电流如果偏大，则会导致仪表报警时间的延长，造成一定的危害。这样的产品是不合格品
因此，对于仪表延时电路系统而言，上述品种的漏电流这一参数的检测就显得十分重要，必须严格控制。
1.工作电压(working
voltage)简称WV，为绝对安全值；
surge voltage(简称SV或Vs)，就是涌浪电压或崩溃电压;，超过这个电压值就保证此电容会被浪淹死——小心电容会爆！根据国际IEC
384-4规定，低于315V时，Vs=1.15×Vr，高于315V时，Vs=1.1×Vr。其中Vs是涌浪电压，Vr是额定电压(rated
voltage)。
电容器的电荷能量是以Q＝CV来表示，Q是库伦，C是静电容量，V是电压；故当电压值不变时，加大静电容量就能增高电荷能量。请注意，电容器的容量单位应是F(farad)，可是因计量太高造成数值偏低，故多改用μF，1F=一百万μF。国外也有用mF表示μF，其实mF不十分贴切，但机械式打字机上没有μ键，故用m代表mICro。
2.散逸因数─损失角
散逸因数disSIPation
factor(DF)存在于所有电容器中，有时DF值会以损失角tanδ表示。DF值越小表明电容损耗越小，性能也就越好。想想，损失角，既有损失，当然愈低愈好。塑料电容的损失角很低，但电解电容就相当高。DF值是高还是低，就同一品牌、同一系列的电容器来说，与温度、容量、电压、频率......都有关系；当容量相同时，耐压愈高的DF值就愈低。举实例做说明，同厂牌同系列的10000μF电容，耐压80V的DF值一定比耐压63V的低。此外温度愈高DF值愈高，频率愈高DF值也会愈高。
但许多电容器制造厂，在规格书上常不注明散逸因数DF值，因为数值甚高很难看。以瑞典RIFA为例，其蓝色PHE-420系列是MKP塑料电容，它的DF值最低是0.00005/最高是0.0008。但白色顶级PEH169系列铝质电解电容，就未标示损失角规格。若真注明DF值，可能会是1.0000，小数点是在1的后面。
3.漏电流
漏电流,这也是我们遇到的问题重点关注这部分。上部分是扩展。
（1）漏电流产生的原因：
电解电容的两电解电容的两极是用中间的绝缘介质是一层电化成的致密绝缘
薄膜,电容绝缘介质不可能绝对不导电，因不绝对绝缘和电解电容生产时对绝缘薄膜有所损伤,所以电解电容的绝缘介质存在绝缘漏洞,电容两极施压时就存在泄漏电流,即漏电流.又因绝缘介质是电化成的,所以电容两极施压时绝缘薄膜会不断修复,所以漏电流会不断减小.但如果不施加电压放置,电解电容漏电流会回升.这也就是电解电容的自愈性.除电解电容外，其他电容器的漏电流是极小的，故用绝缘电阻参数来表示其绝缘性能；而电解电容因漏电较大，故用漏电流表示其绝缘性能（与容量成正比）。
（2）电解电容漏电流的计算方法
各类型电解电容器在不同电压及容量情况下的介质绝缘质量的优劣，通常以漏电流的大小为依据，漏电流最好没有。可是没办法，电解电容在工作时一定会产生漏电流。漏电流(leakage
current)当然希望要越低越好，其允许值的基本公式为I=KCV
(uA) 式中K为漏电流常数(uA·V叫·
F )，C
为标称电容量(uF)，V为额定电压(
v)。理论上K可以导出，
k值等于电容器时间常数RC的倒数
根据电路设计的要求，首先确定k
值，然后，由选定电解电容器的标称电容量c及额定工作皂压
，由上式即可算出漏电流的允许值。例如是0.01或0.03，每家制造厂会选择不同的常数。但不论如何，电容器容量愈高，漏电流就愈大。如果你有容量愈大平滑效果愈好的想法，这个「漏电流」也请考虑在内。从计算式可得知额定电压愈高，漏电流也愈大，因此降低工作电压亦可降低漏电流。
（3）漏电流的测试方法
对电容器施加额定直流工作电压将观察到充电电流的变化开始很大，随着时间而下降，到某一终值时达到较稳定状态这一终值电流称为漏电流
（4）电解电容漏电流偏大会造成的后果
电解电容漏电流偏大,用在滤波上会使滤波不好,漏电流偏大工作时间长会使电容发热,容易发生电容爆裂.用在交流信号通道隔直流时会使直流分量同过.
（5）漏电流的降低方法
但降低电容器的漏电流并不容易，低漏电流low
leakage current-LL系列价格高昂，除特别定制外，面对一般品，想要降低它的漏电流可设法提高Vs对Vr的比值。Vs是涌浪电压，其值当然比Vr额定电压高，但施加电压(真正的工作电压)还应该比Vr低，例如取Vr的90％；找高耐压品种可说是完全正确。
4.等效串联电阻ESR
一只电容器会因其构造而产生各种阻抗、感抗，比较重要的就是ESR等效串联电阻及ESL等效串联电感─这就是容抗的基础。良好的电路设计，应该考虑到低温时的ESR值.效串联电阻相当于耗能元件，它的损耗功率变成热量，从而影响了电容的寿命。注意:在开关电路中过低的ESR值容易引起振荡。
电容器提供电容量，要电阻干嘛？故ESR及ESL也要求越低越好；但low ESR/low ESL通常都是高级系列。
ESR的高低，与电容器的容量、电压、频率及温度...都有关，当额定电压固定时，容量愈大
ESR愈低。有人习用将多颗小电容并接成一颗大电容以降低阻抗，其理论是电阻并联阻值降低。但若考虑电容接脚焊点的阻抗，以小并大，不见得一定会有收获。反过来说，当容量固定时，选用高WV额定电压的品种也能降低
ESR；故耐压高确实好处多多。频率的影响：低频时ESR高，高频时ESR低；当然，高温也会造成ESR的提升。
串联等效电阻ESR的单位是mΩ，高级系列电容常是low ESR及low
ESL。若比较低内阻及低漏电流两种特性，则低内阻容易达成，故标示low ESR的电容倒很常见。ESR与损失角有关联，ESR＝tanδ/(ω×Cs)，Cs是电容量。
有时电容器规格上会有Z，它与ESR的意义不同，但Z的计算示与ESR有关，同时也考虑到容抗及感抗，是真正的内阻。刚才提到电容的ESR单位是mΩ，那是指大电容，若是220μF小容量电容，其ESR单位就不是mΩ而是Ω。
5.涟波电流Irac
前面谈到的散逸因数DF-损失角tanδ、漏电流、ESR-串联等效电阻...等，其值都是愈低愈好，但现在要提的涟波电流ripple
current却是愈高愈好。特别是现在都特别讲究后级扩大机要有大电流输出，电源平滑滤波电容器的涟波电流Irac(或Iac)就显得格外突出。
涟波电流Irac的标示至少应有低频及高频工作时两种规格数字，低频大约是以120Hz做标准，高频大概是以
10KHz做标准，但不同制造厂商可能会有略微的差别。
涟波电流与频率刚好成正比，因此低频时涟波电流也比较低。
三：电解电容储存及工作寿命
比起电阻、IC、电晶体、塑料电容这些半永久性组件，电解电容的寿命就值得重视。一是储存年限，自然与寿命有关，10～20年应无问题。存放过久的电容不宜立刻使用，利用power
supply先将它aging(活化)；夹上端子，缓慢调整power supply电压，由低至高，最高可调至此电容的额定电压。
工作寿命就很难说得明白，所谓长寿命LL-long life电容，通常是表示涟波电流Irac稳定。前面曾谈到电容的Irac与工作温度及频率都有关，例如同是10KHz，40度C时是15A，85度C时是9A；15A/9A＝1.67。此数字就是电容的寿命因数，数字愈高寿命愈低，数字愈接近1寿命愈长。
如果没记错，1.93表示10万小时，1.85表示20万小时，故1.67至少50万小时！但电容器的主要功用是充、放电特性，因此不宜经常快速充、放电。有两个方法可有效延长电容器寿命：一是减少开机、关机次数，二是设法降低开机时的瞬间充电电流。故实际装配时，记得一定要在主滤波电容上加并speed-up小电容，此举「至少」会改善高频响应。数值是多少？最好是一大一小，大的1μF、小的0.1μF，MKP是最低要求。
