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電子技術(shù)對電容器小型化、片式化的需求,使得傳統(tǒng)鋁電解電容器產(chǎn)業(yè)倍感壓力。傳統(tǒng)鋁電解電容器采用電解液作為陰極,這使得其片式化進(jìn)程受到極大的阻礙。片式化通常采用迭層結(jié)構(gòu)、樹脂包封的形式,而如何將電解液完好地密封起來一直是鋁電解電容器研發(fā)人員倍感頭痛的事。鉭電解電容器采用固態(tài)半導(dǎo)體材料MnO2作為陰極材料,其片式化的進(jìn)展頗為迅速,已經(jīng)對鋁電解電容器構(gòu)成一定的市場威脅。
超大比表面積(2000m2/g~3000m2/g)炭纖維布工業(yè)化制造技術(shù)的成熟,使得近年來雙層電容器的研發(fā)與制造迅速成長,并成為極低壓和低壓鋁電解電容器的一個(gè)有力的競爭對手。EDLC可以輕而易舉地獲得法拉級的容量,其儲能密度高于鋁電解電容器,因而在儲能用的領(lǐng)域正在逐步打破鋁電解電容器的壟斷地位,并有可能后來居上。
金屬化紙介、金屬化薄膜電容器的出現(xiàn),使得紙介、塑料薄膜電容器在減小體積、增大比容量方面邁出歷史性的一步。目前,金屬化紙介、金屬化薄膜電容器小型化、片式化的發(fā)展較為活躍,并向低壓小容量的鋁電解電容器發(fā)出挑戰(zhàn)。同樣,片式陶瓷電容器由于中低溫?zé)Y(jié)技術(shù)的開發(fā),垂直迭層工藝的發(fā)展,能夠獲得的電容量范圍也在逐步擴(kuò)大,也在逐步蠶食低壓小容量鋁電解電容器所占的市場份額。
雖然鋁電解電容器面臨著前所未有的壓力和挑戰(zhàn),但是也不必過于悲觀地認(rèn)定鋁電解電容器已經(jīng)窮途末路,必定要退出歷史舞臺。然而新技術(shù)、新材料的發(fā)展,在給其它類別電容器帶來發(fā)展機(jī)遇的同時(shí),也必定會為鋁電解電容器的創(chuàng)新突破打開方便之門。有機(jī)半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電聚合物材料的出現(xiàn)及其合成技術(shù)的成熟,已經(jīng)為鋁電解電容器的更新?lián)Q代奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。將有機(jī)半導(dǎo)體材料、導(dǎo)電高分子材料用作鋁電解電容器陰極的嘗試,得到的頻率特性、溫度特性可以和片式陶瓷電容器媲美,甚至高出固態(tài)鋁電解電容器。另外,對于傳統(tǒng)型鋁電解電容器而言,在一段時(shí)間內(nèi)不可相比的容量價(jià)格比仍足以使其維持主流產(chǎn)品的地位。電容的耐壓,即電容在一定條件下連續(xù)使用所能承受的電壓。如果加在電容上的工作電壓超過額定電壓,電容內(nèi)部的絕緣介質(zhì)就有可能被擊穿,造成極片間短路或嚴(yán)重漏電。因此,電容的工作電壓不能大于其額定耐壓,以保證電路可靠工作
對于電解電容器,漏電流是性能指標(biāo)中重要的一項(xiàng)。電解電容器的漏電流與電壓的關(guān)系密切,漏電流隨工作電壓的增高而增大。當(dāng)工作電壓接近陽極的賦能電壓時(shí),漏電流會急劇上升。通過測試電解電容的漏電電流,可以推算出它的極限耐壓和額定耐壓,對于電路中電容耐壓的取值,有直接的參考意義。
根據(jù)這個(gè)原理,筆者設(shè)計(jì)并制作了~款電容耐壓測試儀,其線路簡單、成本低廉、制作容易,較好地解決了業(yè)余條件下電容耐壓測試的問題。
變壓器T1和T2型號相同,背靠背對接,提供高低壓兩組電源,并起到隔離作用。低壓的經(jīng)整流濾波后,由R1、DWl、Q1、Ral~Ral 1組成電流可調(diào)的恒流源。高壓的經(jīng)整流濾波后由Rbl~RblO、DW2分壓,Q2輸出可調(diào)的直流電壓。使用時(shí)選擇合適的電壓Uc和電流Jc,將被測電容接到Cxa、Cxb兩點(diǎn)上,此時(shí)會看到電壓表指針緩慢偏轉(zhuǎn),達(dá)到一定的位置后靜止,指針?biāo)傅碾妷杭礊樵撾娙菰诼╇婋娏鳛?/font>lc時(shí)所承受的耐壓。
波段開關(guān)K3、K4(各單擋11位)分別是測試電壓和電流(即漏電流)選擇開關(guān),其測試量程如表1所示。表2為測試電路中的元件清單。
一、測試電路的使用方法
1.將測試電壓調(diào)到比電容額定電壓高一些的擋位。如測試35V的電容。可將擋位放到64V,測試50v的電容,可將擋位放到64M或96V.擋位高一些對測試結(jié)果影響不大,只是擋位越高,三極管Q1的功耗相應(yīng)會大一些。
2.選擇合適的測試電流。測試電流應(yīng)根據(jù)電容容量來選擇,容量越大測試電流也越大。對于4700μF以上的電容,可選擇大于10mA的測試電流;對于1000~4700μF的電,容,可選擇5mA左右的測試電流:對于10μF以下的電容,可選擇0.2~1mA的測試電流。
3.紅色鱷魚夾接電容正極,黑色鱷魚夾接電容負(fù)極。接好后看到電壓表指針先勻速緩慢偏轉(zhuǎn)。正常情況下偏轉(zhuǎn)位置應(yīng)超過額定電壓,當(dāng)達(dá)到某一值時(shí)其指針偏轉(zhuǎn)變慢,并且越來越慢,最終靜止下來,此時(shí)電容的漏電流等于Q1集電極的恒流電流,電壓表所指示的電壓,為此電容在漏電電流為Ic時(shí)所承受的耐壓,可粗略認(rèn)為是該電容的極限耐壓。
4.測試完畢后將開關(guān)K2閉合,待電容放電后取下。
表3是利用附圖的測試電路測量的部分電解電容器的產(chǎn)品實(shí)例。
二、測試經(jīng)驗(yàn)總結(jié)
1.電容容量越大,測試電流(漏電流)也應(yīng)相應(yīng)變大。
國產(chǎn)的鋁電解電容器,在額定電壓6.3~450V,標(biāo)稱容量10~680μF時(shí),漏電流可按下列公式計(jì)算:I≤(KxCxU)/1000公式中:I為漏電流(mA);K為系數(shù)(20℃±5℃時(shí),K=O.03);U為額定工作電壓(V);C為標(biāo)稱容量(μF);
2.由于電解電容器只能單向工作,如將電解電容正負(fù)端接反測試,在5mA電流下測試其電壓會極低,大約只有4V左右。
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