摘要：现代电源和转换器的功率密度日益增加，目前已可达到兆瓦范围。现代半导体支持在日益增加的频率下进行高负载切换，使得以可接受成本实现紧凑的高功率转换器设计成为可能。但是，随着功率密度的不断增加，对电容器的要求也在提高。
关键词：电解电容器；特性；应用
引言
能够缓存最多样化形式的能量并使之可用于后续转换过程的储能元件是现代电源和变频器中的重要元件。因此，能量来源的平稳和均匀性受到很大关注，而电容器储存大量电荷的能力在此方面扮演着一个特殊角色。一般而言，电容器的面板（facingplate）越大，其电容就越大。但是，以小体积实现大电容对适应现代设备的有限安装空间至关重要。此外，电力工程的特殊要求也使绝缘电强度具有很大的重要性。电解电容器是适合这些应用的器件的典型例子。
一、电解电容器的基本构造
（1）电解电容器的电介质是在（如铝、钽、铌之类）阀金属表面上通过电解过程所生成的一层极薄的金属氧化膜（可以小到纳米级），此层氧化膜介质完全与组成电容器的一端电极结合成一个整体，它不能单独存在。而陶瓷电容器、有机薄膜电容器的电介质则是由一种独立制造的绝缘材料（如有机薄膜、陶瓷片等）所构成。
（2）电解电容器中生成氧化膜电介质的阀金属是电容器的一个电极称为阳极，也即在极性电解电容器中是接入电路中应用时的正极。电解电容器的另一极并非金属，而是所谓“电解质”（注意电解质不是电介质），它可以为液体，也可为糊状、凝胶或者是固体，这是使电解电容器能够承受极高的工作电场强度以及保持电容器可靠工作的必要条件，这一极称为电容器的阴极。
（3）为了使阴极能与外界电路相连接，又以另一金属与电解质相接触，这是电解电容器接入电路时的负极，它仅起引出阴极的作用。
为了防止电解电容器的阳极和阴极短路，有时需要在两者之间添加电解电容器纸，又称电解电容器隔膜纸。
二、电解电容器的性能特点
1、比容量高
电容器的电容量C=ε0·εr·S/d，ε0是真空电容率，εr是电介质的相对介电常数，S是电极的有效面积，d是电介质的厚度。对于电解电容器，d=α·Vf，α是电介质的形成常数，Vf是电介质的形成电压。由于α一般为nm/V级别，因此，电解电容器的电介质厚度一般比陶瓷电容器、有机薄膜电容器小一个数量级以上。另外，铝电解电容器的阳极箔通过电化学腐蚀后其表面积提高数十甚至百倍，钽电解电容器通过金属粉末烧结获得的阳极体同样具有极高的比表面积。因此，电解电容器的比电容量比其它电容器高一个多数量级。
2、具有自愈特性
在电解电容器的工作过程中，它的阴极即电解质具有自动修补或隔绝氧化膜中的疵点的性能使氧化膜介质随时得到加固和恢复其应有的绝缘能力，而不致遭到连续的累积性破坏，这种性能称为。
3、工作电场强度高
由于电介质的形成系数α一般为nm/V级别，它的倒数就是电介质的工作场强，约达几百kV/mm；这约是陶瓷、有机薄膜工作场强的几十倍。
4、具有单向导电性
应用时应按电源的正、负方向接入电路。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆电解电容器的阳极（正极）接电源的“+”极，阴极（负极）接电源的“—”极；如果接错不仅电解电容器发挥不了作用，而且漏电流很大，短时间内芯子就会发热，破坏氧化膜，随即失效损坏。如果需要短期应用在完全是交流电源或交流成分较强的直流电路中。可以采用一种称为“双极性”的电解电容器就是将阴极引出箔换成与具有氧化膜的阳极相同的电极，这样实际上是两个电解电容器背对背串联的结构，不仅容量减少一半，而且总体也随之增加。“双极”电解电容器仅是改变了电容器的结构，并没有改变氧化膜的单向导电本质，这也是电解电容器的不足。
5、绝缘性能较差
由于电解电容器电极的比表面积比其它电容器高数十倍，且其工作场强同样高数十倍，因此，电解电容器的相对绝缘性能比其它电容器差。但并不妨碍电解电容器的大量使用。
6、损耗角正切值较大，而且温度、频率特性亦差
主要是由于电解电容器的一个电极是电解质，其电导率较低，导致其等效串联电阻较大；另外由于电解电容器电容量较大，因此其损耗角正切值较大。如果采用液体电解质作阴极，由于液体材料受温度变化影响大，电解电容器的温度特性较差。同时液体电解质中离子迁移率较低，电容量大，因此频率特性也较差。
三、电解电容器性能的影响因素
1、电解电容器参数
电解电容器的主要参数包括额定纹波电流、寿命、ESR（等效串联电阻）等，这些参数在不同的溫度环境下，也会有不同的纹波电流被称系数，进而对电解电容器的性能产生影响。对于电解电容器的参数，应当根据电解电容器的运行情况进行严格控制，从而保证变频器的运行需求。
2、电解电容器ESR
在变频器的运行过程中，纹波电流都会经过电解电容器，在通过电解电容器的ESR时会产生功能号，进而形成热量。比如将30kW的变频器，连在直流母线上的电解电容器ESR为60-90mΩ，而且如果纹波电流如果超过80-90A，则会在两个并联和两个串联的电解电容器上面产生功耗，约40-70W，这样，每一个电解电容器所产生的损耗大约为10-20W。如果所应用的电解电容器的散热性能较差，则会导致电解电容器运行过程中产生更多的热量，温度升高，从而影响到电解电容器的使用寿命。
3、电解电容器阻抗频率的特性
电解电容器的感抗作用，表现在其阻抗频率特征之中，很多生产厂家并没有对寄生电感进行分析，并给出准确的参数。但在变频器的实际运行过程中，寄生电感会对逆变器的性能产生严重影响。如果两只串联的电解电容器，其所产生的寄生电感为200mH，那么如果此时的电流变化率为500A/μs，那么在直流母线上产生的感生电势则有100V，这势必会导致逆变器受到开关损耗，并由此产生较大的电磁干扰，不利于电解电容器的正常运行，更会对变频器运行产生影响。要想充分了解电解电容器ESR对逆变器性能产生的影响，可以在直流母线上面接上变频器专用的缓冲电容器，以对直流母线的阻抗起到降低作用。
结语
随着电子技术的不断发展，移动便携式电子设备的低电压大电流、工业电子、新能源中的高电压大纹波等工作条件对铝电解电容器提出了新的要求。为了适应形势的发展，铝电解电容器的技术也在不断取得进步。同时普及电解电容器的知识，达到正确选择和合理使用电解电容器也是刻不容缓的工作。
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论文作者:门志远
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/27
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