铝电解原理是什么(铝电解电容器原理及应用)

铝电解电容器的具体介绍和原理结构在被动元器件三分天下之铝电解电容器中我们已经讲过，今天的文章主要讲一讲部分选择和应用方法。

对于安全要求高的汽车市场来说，其中每一个器件包括电解电容的选择和设计，都应该基于安全和长久性的前提。因此应用于汽车部件的电解电容，在挑选时尤其要注意寿命和耐压、耐高温、失效阈值的要求；在设计时，耐压、容量也要留够足够的裕量。

先以面向汽车ECU（Electric Control Unit，电子控制单元）用途为例。用于发动机室ECU的电容器在耐高温方面有严格要求，车辆行驶时受发动机辐射热影响需要在高温环境中工作，而停车时受外部较低气温影响又要求具备耐低温性。具体而言，就是要求在－40℃左右低温区——+125℃左右高温区的大温度范围内具备热稳定性。

高低温正常工作要求以外，还需要在工作温度区间保证较长的寿命（4000h左右）。高温是电解电容寿命的最大影响因素，电解液的挥发是随着温度的变化而变化，温度越高铝电解电容寿命越短。电解电容产品的长寿命是通过以下手段实现的：使用密封性能高的封口材料，抑制电解液蒸发，从而实现了高温下的热稳定性。

选择电解电容产品时，选择芯温低的电解电容，这样可以保证电解电容器寿命更长久。（电解电容芯温越低使用寿命可成倍增加，选用高品质的铝电解电容比低价的更划算。）

应用电解电容产品时，通过改善铝电解电容散热装置，并做适当的遮挡保护，以解决因为爆晒而影响铝电解电容寿命的难题。

除了对高温的工作要求以外，应用时还有等效串联电阻ESR的改善和电解电容选择趋向小型化，可以通过采用低阻抗电解纸并扩大铝电极箔的对电极面积而实现。这是选择电解电容或者生产电解电容的改进方法。

而在应用过程中，电解电容在应用过程中往往会因为容量不够或者耐压等级不够，而被选择多个电解电容组成电容组串联应用或者并联应用。在一些应用中，使用单一铝电解电容器可能无法实现所需电容量，比如：

1、 所需电荷过高，单一铝电解电容器无法存放；

2、 待加载电压高于单一铝电解电容器的容许工作电压额定值；

3、 充放电及波纹电压负载会产生过多热量，单一电解电容器无法消耗；

4、 电气特性（如串联电阻、损耗角正切或电感）要求过高，单一电容很难或无法实现。

在这些情况下，可采用并联或串联电容器组或组合串并联电容器组与串联电路。为防止单个电容器过载，在确定最大纹波电流时必须考虑电容容差。此外，电容器在放电时，必须确保不向单个电容器施加反向电压。

铝电解电容器的并联

当需要很大的电容量时，单个的电容因体积的限制同样的不能满足我们的要求，这时候可以选择多个电容并联在一起，组成电解电容组使用，在并联使用时，电解电容的容量会增加，耐压等级不变。

如果并联电容组的某个电容由于内部短路而故障，整个电容组会通过失效电容器放电。如果电容组具有高能量，将导致极端陡峭或剧烈的放电现象。因此，建议采取措施预防或限制短路放电电流。在平滑电容器组中，例如，可通过加装独立熔丝实现保护，如图3所示。

图 2

但是不适用于脉冲放电线路的电容组，所以，应在充电过程中通过加装适当电阻来保护铝电解电容。在放电前，电容器会立即并联，如图4所示。

图 3

铝电解电容器的串联

当需要的耐压等级达到700V甚至更高时，单个电容无法满足，目前国内最高电压的电容就是700V电容，并且价格比较贵，那么我们就可以选择两个400V的或者多个400V的电容来串联使用了，在串联使用时，电解电容的容量会减小，耐压值会增加。

图 4

在设计电解电容器串联电路时，必须注意确保加在每个电容上的负载不超过其最大容许电压。在这种情况下，必须考虑到总直流电压将单独的绝缘电阻（如图5）成正比分加至单个电容器。

因为单个电容器的绝缘阻抗差异性可能很大，电压分配也会不规则，这可能导致单个电容器上的电压超过容许值。为此，推荐采用强制分配。实现这一目的的最安全方法是按照下图5所示的电气绝缘电压源来接单个电容器。

图 5

图 6

如果这一方式不可能，可将外部均压电阻Rsymm（如图6）接至单独的电容器上。均压电阻必须有相同阻值，并且其阻值必须远低于电容器的绝缘阻抗。当串联电路内采用完全匹配的电容器（同样类型，相同电容）的情况下，电容绝缘电阻是唯一决定电压分配的因素，每个电容之间的差异也不会很大。计算均压电阻公式如下：R均压=100M（Ω.µF）/C（µF）。

当有2~3个电容串联时，在总电压不超过0.8*n*VR时（n为串联个数，Vr为单个耐压值），即使不加均压电阻，也不会有很大风险。如果加至电容器上的总直流电压远低于待用电容器额定电压之和，则无需考虑均压方案。

铝电解电容器的组合串并联

以上两种情况可以解决较为单一的需求。当需要的耐压的容量均需要做出改变且现有电容无法单独完成任务时，可以采用组合串并联方式。在此场景若要使用均压电阻，建议为每个电容器配置一个单独的电阻（如图7）。同理，并联单一支路内的串联电容时，可为每个电容器组加载一个分压电阻，如图8所示。

图 7

图 8

在（组合串/并联）图均压配置中，仅有故障电容所在串联分支有危险，然而在（组合串并联）中，由于内部交叉连接，电压过压会影响到所有电容组，由此导致较为严重的破坏。因此在未使用均压电阻时，串联组中的并联组可能使用风险较大。

电容在并联或串联应用是都需要注意电容的极性，电解电容正负极不得接反，在焊接是谨防虚焊或接触不良，如果安装不当可能会造成耐压或容量不够，从而导致电解电容电流过大发热，严重的会引起爆炸。

以上就是挑选电解电容时应注意地点——耐高温要求和寿命要求。在应用时根据实际需求灵活设计电路。而对于耐压和容量，更是设计的重点。至美铝电解电容器全新推出的导电高分子固态铝电解电容器，可达到160V额定电压，突破性地做到了小尺寸高容量，且在125℃时仍可稳定工作。

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