你的位置:首頁 > 互連技術(shù) > 正文

有極性和無極性電容爆炸原因

發(fā)布時間:2020-12-22 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】電解電容是通過電解質(zhì)作用在電極上形成的氧化層作為絕緣層的電容,通常具有較大的容量。電解質(zhì)是液體、膠凍狀富含離子的物質(zhì)。大多數(shù)電解電容都是有極性的,也就是在工作時,電容的正極的電壓需要始終比負(fù)極電壓高。

電子專業(yè)的同學(xué),如果沒見過電容爆炸,那估計你學(xué)的是一個假電子專業(yè)。今天就來給大家分享一下關(guān)于有極性和無極性電容爆炸的原因,及相關(guān)內(nèi)容。
 
1、電解電容
 
電解電容是通過電解質(zhì)作用在電極上形成的氧化層作為絕緣層的電容,通常具有較大的容量。電解質(zhì)是液體、膠凍狀富含離子的物質(zhì)。大多數(shù)電解電容都是有極性的,也就是在工作時,電容的正極的電壓需要始終比負(fù)極電壓高。
 
電解電容的高容量也是犧牲了很多其它的特性換來的,比如具有較大的漏電流、較大的等效串聯(lián)電感和電阻、容值誤差較大、壽命短等。
 
除了有極性的電解電容之外,也有無極性的電解電容。在下圖中,就是有兩種1000uF,16V的電解電容,其中較大的是無極性,較小的是有極性的。
 
 
有極性和無極性電容爆炸原因
無極性和有極性電解電容
 
電解電容內(nèi)部可能是液體電解質(zhì)或者固態(tài)聚合物,電極材料常用鋁(Aluminum)或者鉭(Tandalum)。下圖是常見到的有極性鋁電解電容內(nèi)部的結(jié)構(gòu)。兩層電極之間有一層浸有電解液的纖維紙,再加一層絕緣紙轉(zhuǎn)成圓柱形,密封在鋁制殼內(nèi)。
 
有極性和無極性電容爆炸原因
電解電容內(nèi)部結(jié)構(gòu)
 
解剖開電解電容,可以清楚的看到它的基本結(jié)構(gòu)。為了防止電解液的蒸發(fā)和泄露,電容引腳部分使用了密封橡膠進行固定。
 
圖中也顯示了有極性和無極性的電解電容的內(nèi)部體積的差別,在同樣容量和耐壓等級下,無極性的電解電容比有極性大了一倍左右。
 
有極性和無極性電容爆炸原因
無極性和有極性電解電容內(nèi)部結(jié)構(gòu)
 
這樣的差別主要來自于兩種電容內(nèi)部電極的面積出現(xiàn)了較大的差異。下圖左邊是無極性的電容電極,右邊是有極性的電極。除了面積差異之外,兩種電極厚度也有區(qū)別。有極性的電容電極厚度較薄。
 

有極性和無極性電容爆炸原因
電解電容鋁片不同的寬度
 
2、電容爆炸
 
當(dāng)電容施加的電壓超過其耐壓時,或者對于有極性電解電容電壓極性加反時,都會引起電容漏電流急劇上升,造成電容內(nèi)部熱量增加,電解液會產(chǎn)生大量的氣體。
 
為了防止電容爆炸,在電容外殼的頂部壓制有三條凹槽,這樣便于電容頂部在高壓下率先破裂,釋放內(nèi)部的壓力。
 

有極性和無極性電容爆炸原因
電解電容頂部的爆破槽
 
但是,有的電容在制作過程中,頂部的凹槽壓制不合格,電容內(nèi)部的壓力會使得電容底部的密封橡膠被彈出,此時電容內(nèi)部的壓力突然釋放,就會形成爆炸。
 
1)無極性電解電容爆炸
 
下圖顯示了手邊一顆無極性電解電容,它的容量為1000uF,耐壓16V。在施加電壓超過18V之后,漏電流突然增加,電容內(nèi)部的溫度和壓力增加。最終電容底部的橡膠密封圈炸開,內(nèi)部電極像爆米花一下被砸松散。
 
“無極性電解電容過壓爆破"
無極性電解電容過壓爆破
 
通過在電容上捆綁一個熱電偶,可以測量電容的溫度隨著施加的電壓增加變化的過程。下圖顯示了無極性電容在電壓增加過程中,當(dāng)施加的電壓超過耐壓值,內(nèi)部溫度繼續(xù)增高的過程。
 
有極性和無極性電容爆炸原因
電壓與溫度之間的關(guān)系
 
下圖顯示了在同樣的過程中,流過電容的電流變化。可以看到電流的增加是造成內(nèi)部溫度上升的主要原因。在這個過程中,電壓是成線性增加,隨著電流急劇升高,供電電源內(nèi)組使得電壓下降。最終當(dāng)電流超過6A之后,隨著一聲巨響,電容炸開。
 
有極性和無極性電容爆炸原因
電壓與電流之間的關(guān)系
 
由于無極性的電解電容內(nèi)部體積大,電解液多,所以在過流之后所產(chǎn)生的壓力巨大。導(dǎo)致外殼頂部的泄壓槽沒有破裂,而電容底部的密封橡膠被炸開了。
 
2)有極性電解電容爆炸
 
對于有極性的電解電容,施加電壓。當(dāng)電壓超過電容的耐壓時,漏電電流也會急劇上升,造成電容過熱爆炸。
 
下圖顯示有極限的電解電容,1000uF,16V。在過壓之后通過頂部泄壓槽釋放內(nèi)部氣壓過程。因此就避免了電容爆炸過程。
 
“極性電解電容過壓爆破"
極性電解電容過壓爆破
 
下圖顯示了電容的溫度隨著施加電壓的增加變化的情況。當(dāng)電壓逐步接近電容的耐壓后,電容的留點電流增加,內(nèi)部的溫度繼續(xù)上升。
 
有極性和無極性電容爆炸原因
電壓與溫度之間的關(guān)系
 
下圖是電容的漏電電流變化情況。標(biāo)稱為16V耐壓的電解電容,在測試過程中,當(dāng)電壓超過15V之后,電容的漏電便開始急劇上升了。
 
有極性和無極性電容爆炸原因
電壓與電流之間的關(guān)系
 
通過前面兩個電解電容的實驗過程遭遇,也可以看到對于此類1000uF普通電解電容耐壓限制情況。為了避免電容被高壓擊穿,因此在使用電解電容的時候,需要根據(jù)實際電壓波動情況,留下足夠的余量。
 
3、電解電容串聯(lián)
 
在適當(dāng)?shù)那闆r下,可以通過并聯(lián)和串聯(lián)來分別獲得更大的電容容量和更大的電容耐壓。
 
有極性和無極性電容爆炸原因
過壓爆破之后的電解電容爆米花
 
在有些應(yīng)用場合,施加在電容上的電壓是交流電壓,比如揚聲器的耦合電容,交流電相位補償,電機移相電容等,需要使用無極性的電解電容。
 
在 一些電容制造商給出的使用手冊上,也給出了使用傳統(tǒng)的有極性電容通過背對背的串聯(lián),即將兩個電容的串聯(lián)在一起,但極性相反,來獲得無極性電容的效果。
 
有極性和無極性電容爆炸原因
過壓爆破之后的電解電容
 
下面對比一下有極性電容在施加正向電壓、反向電壓、兩個電解電容背對背串聯(lián)成無極性電容三種情況下,漏電流隨著施加電壓增加變化情況。
 
1)正向電壓與漏電流
 
通過串聯(lián)一個電阻來測量流過電容的電流,在電解電容(1000uF,16V)的耐壓范圍內(nèi),從0V開始逐步增加施加的電壓,測量對應(yīng)的漏電電流與電壓之間的關(guān)系。
 
有極性和無極性電容爆炸原因
正極性串聯(lián)電容
 
下圖顯示了有極性鋁電解電容的漏電流與電壓之間的關(guān)系。這是一個非線性的關(guān)系。漏電電流在0.5mA以下。
 
有極性和無極性電容爆炸原因
正向串聯(lián)之后電壓電壓與電流之間的關(guān)系
 
2)反向電壓與漏電電流
 
使用同樣的電流測量施加方向電壓與電解電容漏電電流之間的關(guān)系。下圖可以看出,當(dāng)施加的反向電壓超過了4V之后,漏電電流便開始快速增加。通過后面的曲線斜率來看,反向的電解電容相當(dāng)于一個阻值為1歐姆的電阻。
 
有極性和無極性電容爆炸原因
反向電壓電壓與電流之間的關(guān)系
 
3)背對背串聯(lián)的電容
 
將兩個相同的電解電容(1000uF,16V)背對背串聯(lián)在一起,形成一個無極性等效的電解電容。測量它們的電壓與漏電流之間的關(guān)系曲線。
 
有極性和無極性電容爆炸原因
正反極性串聯(lián)電容
 
下圖顯示了電容電壓與漏電流之間的關(guān)系。會看到在施加的電壓超過4V之后,漏電流會增加,電流幅值小于1.5mA。
 
不過這個測量結(jié)果的確有點令人感到意外。你會看到這兩個背對背串聯(lián)電容的漏電流居然大于單個電容正向施加電壓時漏電流。這的確令人感到奇怪。
 
有極性和無極性電容爆炸原因
正反向串聯(lián)之后電壓電壓與電流之間的關(guān)系
 
不過由于時間原因,對于這個現(xiàn)象后面沒有進行重復(fù)測試。也許其中一個電容使用的是剛才反向電壓測試的電容,內(nèi)部已經(jīng)有了損壞。所以才產(chǎn)生了上面的測試曲線。
(來源:TsinghuaJoking)
 
免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請電話或者郵箱聯(lián)系小編進行侵刪。
 
 
推薦閱讀:
為何大多數(shù)eTruck會選擇隔夜充電?
Teledyne e2v 的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器可直接訪問 Ka 波段,并突破數(shù)字信號處理的極限
如何選擇單相橋式整流濾波電路中的電容電阻?
如何解決 LED 行業(yè)基波功率因數(shù)測試難點
利爾達,讓LoRa更簡單
特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉