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电容基本原理 1. 铝电解电容器的基本概要 1-1. 电容器的基本原理 电容器的基本原理可以用图1-1来描述 当在两个正对的金属电极上施加电压时，电荷将据电压的大小被储存起来 Q:电量( C ) V:电压(V ) C:电容量(F C:电容器的电容量，可以由电极面积S [m2]，介质厚度t [m]以及相对介电常数ε来表示 C[F]= ε0·ε·S/t ε0:介质在真空状态下的介电常数(=8.85x10-12 F/M) 铝氧化膜的相对介电常数为7~8，要想获得更大的电容，可以通过增加表面积S或者减少其厚度t来获得。 表1-1列出了电容器中常用的几种典型的介质的相对介电常数，在很多情况下，电容器的命名通常是根据介质所使用的材料来决定的，例如：铝电解电容器、钽电容器等。 表 1-1 虽然铝电解电容器非常小，但它具有相对较大的电容量，因为其通过电化学腐蚀后，电极箔的表面积被扩大了，并且它的介质氧化膜非常薄。 图1-2形象地描述了铝电解电容器的基本组成。 1-2电容器的等效电路 电容器的等效电路图可由下图2表示 R1：电极和引出端子的电阻 R2：阳极氧化膜和电解质的电阻 R3：损坏的阳极氧化膜的绝缘电阻 D1：具有单向导电性的阳极氧化膜 C1：阳极箔的容量 C2：阴极箔的容量 L ：电极及引线端子等所引起的等效电感量 1-3基本的电性能 1-3-1 电容量 电容器的由测量交流容量时所呈现的阻抗决定。交流电容量随频率、电压以及测量方法的变化而变化。铝电解电容器的容量随频率的增加而减小。 和频率一样，测量时的温度对电容器的容量有一定的影响。随着测量温度的下降，电容量会变小。 另一方面，直流电容量，可通过施加直流电压而测量其电荷得到，在常温下容量比交流稍微的大一点，并且具有更优越的稳定特性。 1-3-2 Tan δ（损耗角正切） 在等效电路中，串联等效电阻ESR同容抗1/ wC之比称之为Tan δ，其测量条件与电容量相同。 tan δ =RESR/ (1/wC)= wC RESR 其中：RESR=ESR（120 Hz） w=2πf f=120Hz tan δ随着测量频率的增加而变大，随测量温度的下降而增大。 阻抗（Z）： 在特定的频率下，阻碍交流电通过的电阻就是所谓的阻抗（Z）。它与容量以及电感密切相关，并且与等效串联电阻ESR也有关系。具体 其中：Xc=1/ wC=1/ 2πfC XL=wL=2πfL 漏电流： 电容器的介质对直流电具有很大的阻碍作用。然而，由于铝氧化膜介质上浸有电解液，在施加电压时，重新形成以及修复氧化膜的时候会产生一种很小的称之为漏电流的电流，刚施加电压时，漏电流较大，随着时间的延长，漏电流会逐渐减小并最终保持稳定。 漏电流随时间变化特征图 测试温度和电压对漏电流具有很大的影响。漏电流会随着温度和电压的升高而增大 2. 铝电解电容器的寿命 2-1.忽略纹波电流时的寿命推算 一般而言，铝电解电容器的寿命与周围的环境温度有很大的关系，其寿命可以由以下公式计算。其中，L：温度T时的寿命 L0：温度T0时的寿命 与温度比较，降压使用对电容器的寿命影响很小，可忽略不计。 2-2.考虑纹波电流时寿命的推算 叠加纹波电流，由于内部等效串连电阻（ESR）引起发热，从而影响电容器的使用寿命，产生的热量可由下式计算 P=I2R………………..(2) I：纹波电流（Arms） R：等效串联电阻（Ω） 由于发热引起的温升 其中，△T: 电容器中心的温升（℃） I: 纹波电流 (Arms) R: ESR (Ω) A: 电容器的表面积(cm2) H: 散热系数( 1.5~2.0x10-3W/cm2x℃) 上面公式（3）显示电容器的温度上升与纹波电流的平方以及等效串联电阻ESR成正比，与电容器的表面积成反比，因此，纹波电流的大小决定着产生热量的大小，且影响其使用寿命，电容器的类型以及使用条件影响着△T值的大小，般情况下，△T （1）.考虑到环境温度和纹波电流时的寿命公式 其中，Ld：直流工作电压下的使用寿命 （K=2，纹波电流允许的范围内） （K=4，超过纹波电流范围时） T0：最高使用温度 T ：工作温度 △T：中心温升 （2）电容器工作在额定的纹波电流和上限温度时，电容器的寿命可通过转化（4）式得到，如下：其中，Lr：工作在额定纹波电流和最高工作温度下的寿命（h） △T0：最高工作温度下的电容器中心容许温升。 （3）考虑纹波电流，环境温度时可