Nichicon《General Descriptions of Aluminum Electrolytic Capacitors》全文精译 — 铝电解电容的构造、特性与纹波-温升-寿命模型
原文:Nichicon Corporation 技术说明 TECHNICAL NOTES CAT.8101H,《General Descriptions of Aluminum Electrolytic Capacitors》,共 28 页(第 1 章总述 + 第 2 章应用指南)。原文 PDF:
90_资料源/电容_电解_Nichicon_GeneralDescriptions.pdf。 本篇为全文忠实精译:覆盖原文全部章节——1-1~1-6(原理/容量/介质/电解液/制造工艺/特性)、2-1~2-12(应用注意 19+21 条/失效模式/工作电压与安全/充放电/均衡电阻/存储/再起电压/高海拔/寿命与可靠性(式 2-7~2-21 与表 2-4~2-7 全录)/卤素影响/CR 定时电路/选用)。 重要:原文式 (2-7)~(2-21) 与部分下标在 pdftotext 中乱排,译稿逐式对照原 PDF(第 23、24、25、26 页)转录核验;寿命三大公式(2-19/2-20/2-21)的指数结构以原 PDF 版面为准。
本篇与库内文档的关系
铝电解电容是开关电源的头号寿命瓶颈:母线电解干了、输出滤波电解鼓包,整机就到寿。本篇 §2-9 的“加速系数法”寿命公式(环境温度 10 ℃ 减半 + 纹波电流平方项)是所有适配器/家电电源设计计算输出电容寿命的标准出处;§2-1 的应用注意事项(极性、纹波限值、压力阀净空、卤素清洗)是 EVM 手册 BOM 选型的底层依据——库内 NCP1568 EVM 精译 的 Nichicon UPZ2G470MHD(47 µF/400 V 母线)与 25SVPK470M(铝聚合物固态 470 µF/25 V 输出)、UCC28781 EVM 精译 的 Nichicon UVC2G150MPD(15 µF/400 V 母线)都是本篇 §2-12 系列矩阵的具体实例。固态(聚合物)电容的姊妹篇见 90_资料源/电容_固态_Murata_PolymerNotes.pdf(待建)。
译注约定(先读)
- 原文排版 µF/μF 混用,Ω 在 PDF 中常呈“W”字形字体,均按 µF/Ω 规范转写。
- 原文笔误/排版缺陷保持原样加译注;OCR 丢失的根号、上标均已对照原 PDF 页面补回。
- 图/照片/表格逐项标“见原 PDF 图 N(第 X 页)”;曲线图内可读的坐标轴与标注随文转述。
- 原文未给代入例的寿命公式,本篇补一组「译者代入例」(全部假设明示,与原文事实分开)。
第 1 章 铝电解电容器的总述(General Description)
1-1 铝电解电容器的原理(原 PDF 第 1 页)
铝电解电容器由阴极铝箔、电容纸(隔离纸,separator)、电解液、以及在阳极箔表面形成的氧化铝膜构成——氧化铝膜就是介质(dielectric)。电解氧化(化成,formation)生成的极薄膜具有优异的介电常数,并且具有整流特性:与电解液接触时,氧化膜表现出优异的正向绝缘性能。再加上蚀刻(etching)箔增大有效表面积,就能做出高容量、小体积的电容器。
如上所述,铝电解电容器由两条铝箔(阳极/阴极)夹纸卷绕而成,卷芯(element)浸渍电解液。结构见 原 PDF 图 1-1(第 1 页):电解液是“真实阴极”(Real Cathode),阴极铝箔只是“表观阴极”(Apparent Cathode),隔离纸含浸电解液,氧化膜贴在阳极箔表面。由于氧化膜有整流性,电容器是有极性的;若阳极与阴极箔都有氧化膜,就成了双极(无极性)型电容器。

本技术说明针对“非固体”铝电解结构(隔离纸含浸液体电解液);另有使用固体电解质的铝电解电容器(→ 库内固态电容篇,待建)。
1-2 铝电解电容器的电容量(原 PDF 第 1~2 页)
电容量按下式计算:
$$C = 8.854 \times 10^{-12}\,\frac{\varepsilon S}{d}\ (\mathrm{F}) \qquad \text{(式 1-1)}$$
ε:介质的介电常数;S:介质的表面积(㎡);d:介质的厚度(m)。要提高容量 C,需增大 ε 与 S、减小 d。表 1-1 给出各类电容器介质的介电常数与最小厚度(全录):
| 电容器类型 | 介质 | 介电常数 ε | 介质厚度 d(m) |
|---|---|---|---|
| 铝电解电容器 | 氧化铝 | 7〜10 | 1.3×10⁻⁹/V 〜 1.5×10⁻⁹/V |
| 薄膜电容器(金属化) | 聚酯膜(PET) | 3.2 | 0.5×10⁻⁶ 〜 2×10⁻⁶ |
| 钽电解电容器 | 氧化钽 | 24 | 1.0×10⁻⁹/V 〜 1.5×10⁻⁹/V |
| 陶瓷电容器(高介电常数型) | 钛酸钡 | 500〜20,000 | 2×10⁻⁶ 〜 3×10⁻⁶ |
| 陶瓷电容器(温度补偿型) | 氧化钛 | 15〜250 | 2×10⁻⁶ 〜 3×10⁻⁶ |
铝氧化物的每伏耐压厚度极薄(约 1.4 nm/V),介质厚度由额定电压控制——同等耐压下介质可以做得比别的类型薄得多。蚀刻扩容:低压电容箔的有效面积可扩大 80~100 倍,中/高压箔 30~40 倍——铝电解的单位面积容量因此高于一切其他类型。
阳极用高纯铝箔在氯化物溶液中,以直流、交流、交直流交替或同时叠加的方式进行电化学蚀刻。**细面蚀刻(fine surface etching,见原 PDF 照片 1-1,第 3 页)**用交流电解,一般用于低压箔;**隧道蚀刻(tunnel etching,照片 1-2)**用直流电解,用于中/高压箔。阴极箔的蚀刻主要用交流电解以增大表面积。(照片 1-1/1-2 为低压箔与中高压箔蚀刻表面的表面/截面显微照片,截面为复型。)
1-3 介质(氧化铝层)(原 PDF 第 4 页)
高纯蚀刻铝箔在硼酸-氨水系溶液中阳极氧化,表面生成氧化铝膜——这就是铝电解电容器的介质。用于氧化阳极箔的直流电压称为“化成电压”(Forming Voltage)。介质厚度与化成电压成正比,约 1.3×10⁻⁹ 〜 1.5×10⁻⁹ m/V。介质(氧化铝层)的生成可表达为:
$$2\mathrm{Al} + 3\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{Al_2O_3} + 6\mathrm{H^+} + 6\mathrm{e^-}\ (\text{电子})\,;\qquad 6\mathrm{H^+} + 6\mathrm{e^-} \rightarrow 3\mathrm{H_2}\ (\text{气体})$$
见原 PDF 照片 1-3/1-4(第 4 页):未蚀刻平箔(plain foil)上 20 V/100 V/250 V 化成的氧化层放大照片——化成电压越高氧化层越厚;照片 1-4 为中高压化成箔陷阱内氧化层状态。
1-4 电解液(原 PDF 第 4 页)
阳极箔与阴极箔夹隔离纸卷成圆柱形,称为“电容元件”(capacitor element)。此时它几乎没什么容量——元件浸渍液体电解液后,阳极箔与阴极箔才被电连接起来,成为高容量电容器。电解液此时充当真正的阴极。对电解液的基本要求:(1) 必须导电;(2) 必须具有修补(heal)阳极箔介质氧化膜缺陷的化成能力;(3) 必须与阳极/阴极箔、封口材料等化学稳定;(4) 必须有优异的含浸性;(5) 蒸气压必须低。电解液的这些特性极大影响铝电解电容器的各项特性,因此电解液按电气额定、工作温度与用途分别调配。
1-5 铝电解电容器的制造工艺(原 PDF 第 5~6 页)
| 工序 | 主要材料 | 内容 |
|---|---|---|
| 蚀刻(表面积扩大) | 高纯铝、氯化物、去离子水 | 0.05~0.11 mm 阳极箔与 0.02~0.05 mm 阴极箔在氯化物溶液中用 AC 或 DC 电流连续电化学蚀刻,扩大有效表面积以小型化 |
| 化成(介质生成) | 蚀刻箔、硼酸盐等、去离子水 | 在硼酸-氨水系等溶液中阳极氧化生成氧化铝(Al₂O₃)介质;阴极箔有时用低 DC 电压化成,也有不化成的情况 |
| 切割(Slitting) | 阳极/阴极箔 | 按外壳尺寸切成规定宽度 |
| 卷绕(含钉接) | 切好的箔、隔离纸、引线、卷芯固定材料 | 阳极/阴极箔夹隔离纸卷成圆柱元件,引线钉接到两箔上(见原 PDF 图 1-2,第 5 页) |
| 含浸 | 元件、电解液 | 元件含浸液体电解液,充满两极箔间隙——含浸后元件才成为电容器 |
| 组装与完工 | 外壳(通常铝)、封口 | 含浸元件与外壳、封口组装;封口用橡胶塞、胶木衬橡胶(带端子)或模塑板(带端子);之后套外皮(热缩套管),叠壳(laminate case)产品(如贴片型)不用套管(见原 PDF 图 1-3/1-4,第 6 页) |
| 老化(Aging) | 组装品 | 高温条件加直流电压再化成(修复)氧化膜;全数电气特性检查 |
| 加工 | 塑料座、胶带等 | 贴片电容装塑料座;按客户规格进行切脚、弯脚(成型)、卡扣(snap-in)与编带;附件(安装支架、端子螺钉等) |
| 检查/包装/出货 | — | 按标准规格与试验要求检查、包装、出货 |

1-6 特性(原 PDF 第 7~9 页)
1-6-1 静电容量
阳极箔介质部分的容量 Ca 按式 1-1 计算。阴极箔有容量 Cc——它以化成电压生成的(或储存中自然生成的,一般 1 V 以下)氧化层为介质。按铝电解的构造,Ca 与 Cc 串联,故 $C = \dfrac{C_a \cdot C_c}{C_a + C_c}$。标准容量公差 ±20%(M);特殊用途也生产 ±10%(K)等。铝电解的容量随测量温度与频率变化,故标准规定测量条件为 120 Hz、20 ℃。
1-6-2 等效串联电阻(ESR)、损耗因数(tanδ)、阻抗(Z)
等效电路见 原 PDF 图 1-6(第 7 页):r(阳极氧化膜的等效并联电阻)与 C(容量,F)并联,再串联 R(等效串联电阻,即 ESR,Ω)与 L(等效串联电感,µH)。感抗 L 在低频(50 Hz~1 kHz)极小,可视为零,此时:
$$\tan\delta = \omega C R \quad \text{(式 1-2)};\qquad DF = \tan\delta \times 100\ (\%)\ \text{(式 1-3)};\qquad PF = \cos\theta = \frac{R}{Z}\ \text{(式 1-4)};\qquad Q = \frac{1}{\tan\delta} = \frac{1/\omega C}{R}\ \text{(式 1-5)}$$
(ω = 2πf。阻抗表达式为 Z = 1/(jωC) + jωL + R,其绝对值 |Z| = √(R² + (ωL − 1/(ωC))²)。)

|Z| 与频率的关系见 原 PDF 图 1-7/1-8(第 7 页) 的模型曲线:低频段由容抗 Xc 主导(−1 斜率),谐振点附近 Z 最低 = R(ESR),高频段由感抗 XL 主导(+1 斜率)。L 主要来自卷绕箔与引线;ESR “R” 来自电极箔、电解液、引线及各连接处的电阻。

1-6-3 漏电流
铝电解漏电流的成因:(1) 介质(氧化铝层)的极化畸变;(2) 介质的分解与再化成;(3) 介质吸湿;(4) 氯或铁颗粒存在导致的介质击穿。漏电流可通过选材与工艺改善,但不可能完全消除。漏电流还与时间、施加电压、温度相关。规定值是在室温施加额定电压规定时间后测量。选型时必须考虑温度依赖性、老化稳定性等。
1-6-4 温度特性
铝电解含液体电解液,电解液的电导率、黏度等有显著的温度特性:温度升高电导率增大,温度降低电导率减小。因此铝电解的电特性受温度影响比其他类型电容器都大。
容量:温度升高容量增大,降低则减小(见原 PDF 图 1-9,第 8 页:50 V 1000 µF 与 200 V 470 µF 105 ℃ 产品在 −60~+120 ℃ 的容量变化率,@120 Hz)。

tanδ、ESR、阻抗:随温度与频率变化(见原 PDF 图 1-10/1-11,第 8 页:上述两品的 tanδ 及阻抗/ESR-频率特性,−25/+20/+65/+105 ℃ 四条曲线)。

阻抗比(Impedance Ratio):20 ℃ 阻抗与各温度阻抗之比。ESR 与容量随温度变化越小,阻抗比越小。低温性能用 120 Hz 阻抗比表达。
漏电流:温度升高漏电流增大(见原 PDF 图 1-12,第 9 页:施加额定电压 1 分钟(50 V 1000 µF)/5 分钟(200 V 470 µF)后测量,−20~+120 ℃)。

第 2 章 铝电解电容器的应用指南(Application Guidelines)
原文警示(第 10 页):最坏情况下铝电解电容器可能发生破裂、起火、冒烟、短路、开路等失效,使用时务必极度谨慎。
2-1 应用注意事项
2-1-1 电路设计(原 PDF 第 10~11 页,19 条全译)
- 确认用途与安装条件在样本或替代品规格书(下称“规格书”)规定范围内。
- 工作温度与施加纹波电流必须在规格内:环境温度不得超过规定工作温度上限;纹波电流不得超过允许纹波电流。
- 按产品寿命要求选择合适的电容器。
- 铝电解有极性——不得施加反向电压或交流电压。可能出现反极性的电路请用双极型。注意:双极型也不能用于交流电压连续施加的场合。
- 快速反复充放电的电路(电焊机、照相闪光灯等;伺服电机控制电路电压大幅波动时也会出现)必须选用能承受该条件的电容;此类选型请咨询 Nichicon。
- 不得超过额定电压:含纹波的峰值电压(直流叠加纹波)不得超过额定电压;2 只以上串联使用时,须用并联均衡电阻保证分压低于额定且均等。
- 电解电容器外壳(铝壳)与阴极箔通过壳内自然氧化层+电解液的不稳定电阻相连,因此必须电气隔离:a) 外壳与负端子(JIS 02 型等轴引线品除外);b) 外壳与正端子;c) 外壳与电路图形;d) JIS 693/694/695 型等 can 型辅助端子与正负端子及电路图形;e) 双极型电容器的外壳与两端子。
- 外皮套管不是电气绝缘的保证——需要绝缘的应用不得使用标准套管,需特殊绝缘请咨询。
- 以下条件使用可能导致失效——环境气候类:a) 暴露于水、高温高湿或结露;b) 油或油雾气氛;c) 盐水或盐雾气氛;d) 充满有毒气体(硫化氢、亚硫酸、亚硝酸、氯、溴、甲基溴、氨等)的气氛;e) 直射阳光、臭氧、紫外线、辐射;f) 酸性或碱性溶液。机械类:振动/冲击超过规格适用范围。
- 基板设计:a) 孔距与电容引脚距匹配;b) 压力阀正上方不得有电路图形或走线;c) 阀上方净空——外壳直径 φ6.3~16 mm:≥2 mm;φ18~35 mm:≥3 mm;φ40 mm 及以上:≥5 mm;d) 阀朝向基板一侧(封口阀)时,基板应开对应放气孔;e) 螺栓端子电容必须封口朝上安装;水平安装时正端子必须朝上。
- 电解液主成分与隔离纸可燃,且电解液导电——接触基板可能冒烟起火。封口下方不得布线。
- 发热元件不得放在电容附近或基板背面(电容正下方)。
- 贴片电容的焊盘尺寸按样本推荐布局。
- 电气特性随温度与频率变化,电路设计须计入。
- 双面基板不得把电容放在电路图形或废弃孔上。
- 端子螺钉/支架螺钉扭矩在规定值内。
- 2 只以上并联时考虑电流均衡——尤其固态(导电聚合物)铝电解与普通铝电解并联时须特别考虑(ESR 差异导致电流分配不均)。
- 2 只以上串联时,须保证施加电压低于额定并经并联均衡电阻均分;一侧短路时另一侧可能过压。
- 串/并联时,失衡电流可能造成一侧短路、另一侧过压。
2-1-2 安装(原 PDF 第 11~12 页,21 条全译)
- 装机通电后的电容即使放电后也不得再使用——端子间可能存在电位(再起电压)。(定期检查中拆下测电特性者除外。)
- 正负端子间可能因反电动势存在电位——用 1 kΩ 电阻放电。
- 存放超过 2 年的零件漏电流可能增大——用 1 kΩ 电阻做电压处理(voltage treatment)。
- 装机前确认额定值;5. 确认极性;6. 不得摔落,摔过的电容不得使用;7. 安装时不得损伤电容;8. 安装前确认引脚距与孔距匹配;9. JIS 692/693/694/695 型卡扣(snap-in)电容须贴板紧装(与基板间不留隙);10. 自动插装机固定时打弯力(clinch)不得过强;11. 注意自动插装/贴装吸嘴、元件检查器、定心机构对电容的机械冲击。
- 手工焊接:a) 焊接条件确认在规格内;b) 引脚距与孔距不符需弯脚时,在焊接前弯折且不对电容本体施加应力;c) 拆件时焊锡须充分熔化以免对引脚施加应力;d) 烙铁不得触碰电容本体。
- 波峰焊:a) 电容本体不得浸入锡炉——必须装在基板“正面”,仅基板背面接触焊锡;b) 焊接条件在 Nichicon 规格内;c) 助焊剂不得附着除端子外的任何部位;d) 避免其他元件与铝电容接触。
- 回流焊(仅 SMD):a) 条件在规格内;b) 红外加热时注意加热程度——红外吸收率随本体颜色、套管材质与尺寸而异。
- 助焊剂:不含离子卤化物的无卤型助焊剂可能含大量非离子卤化物——渗入电容内会引起与清洗剂同样有害的化学反应。请用不含非离子卤化物的助焊剂。
- 焊接或树脂固化过程中在 150 ℃ 环境中放置 2 分钟以上,外皮套管可能出现收缩、鼓胀或开裂;高温气体/热射线直吹也会如此。
- 焊接后不得倾斜、放倒或扭转电容本体;18. 不得抓着已焊电容搬移基板;19. 焊后不得让任何物体碰电容——叠放基板时注意基板/其他元件不碰电容,且不受焊后基板或其他元件辐射热影响;20. 清洗剂、固定材料、涂覆材料详见 §2-10-2/-3;21. 熏蒸详见 §2-10-4。
2-1-3 整机中的注意事项(原 PDF 第 12 页)
- 不得徒手直接碰端子。
- 电容发热或压力阀动作即为失效——会喷出 100 ℃ 以上高温蒸汽,手脸远离,勿靠近蒸汽。
- 不得用导体短路端子,不得将碱性/酸性等导电液体洒在电容上或其附近。
- 安装环境不得有:水/高温高湿/结露;油或油雾;盐水或盐分;酸性毒气(硫化氢、亚硫酸、亚硝酸、氯、溴、甲基溴等);碱性毒气(氨等);酸碱溶液;以及结露环境下套管收缩/鼓胀/开裂问题(温度循环/骤变试验中会发生结露,使用前确认适应性)。
2-1-4 维护检查 / 2-1-5 紧急情况 / 2-1-6 储存 / 2-1-7 废弃(原 PDF 第 12~13 页)
- 维护检查:工业设备中的铝电容应定期检查——外观(阀动作、漏液等显著异常)与电气特性(容量、tanδ、漏电流及规格书规定项目)。
- 紧急情况:a) 压力阀动作冒烟时立即断电——喷出的是氢气与电解液的汽化,不是燃烧的烟;b) 阀动作时勿把脸凑近——喷出气体超 100 ℃ 会烫伤;入眼立即用清水冲洗,吸入立即漱口,皮肤接触用肥皂水清洗,勿吞食电解液;c) 阀无蒸汽时电容也可能很烫,触碰会烫伤。
- 储存:a) 推荐 5~35 ℃、相对湿度 ≤75%;b) 储存环境满足 §2-1-3 第 4 条的要求。
- 废弃:a) 在电容体打孔或压碎后焚烧;或交废弃物处理商填埋;b) 从基板拆下或废弃前确保已充分放电。
- 上述指南依据 **EIAJ RCR-2367D(2019 年 3 月)《电子设备用铝电解电容器使用注意事项指南》**制定。
2-2 铝电解电容器的失效模式(原 PDF 第 13~14 页)
失效定义:1) 灾难性失效——短路或开路使功能完全丧失;2) 劣化失效——逐渐劣化,判定基准按用途以规格书标准值为准。
现场失效模式:
- 短路——现场极少见。振动/冲击/引脚应力、超过额定的电压、极端纹波或脉冲电流都可能造成极间短路。
- 开路——安装时施加过大外力加使用中振动/冲击,引线与引出端子(tab)连接扭曲变形导致开路;含卤素清洗剂/固定剂(含三防漆)渗入,腐蚀引线/箔/端子造成开路并使漏电流增大;封口维持不住时电解液汽化导致开路(超过额定上限温度使用、基板导热、长期使用都会使封口材料劣化);纹波不当时内部温升使电解液汽化渗出封口——电解液干涸、开路。
- 容量下降、高损耗(高 ESR)——a) 持续施加反向电压;b) 持续施加超过最大额定的纹波电流;c) 极端充放电。
- 破坏(压力阀动作)——反向电压、过压、极端纹波或交流电压产气使阀动作。
- 漏液——密封性下降(密封不足/密封材料劣化)。
见原 PDF 图 2-1(第 14 页):失效模式分析图——短路(极间短路←电极切割毛刺/金属微粒;箔氧化层绝缘击穿←电解纸脆弱部位/氧化层局部缺陷+应用过压)、开路(端子/端子断开←机械应力、端子连接不足;电解液减少←过量纹波)、容量下降/tanδ 增大(阳极箔容量下降←反压;阴极箔容量下降←极端充放电)、漏电流增大(氧化层劣化、电极/引出端子腐蚀←卤素渗入[生产/应用两栏])、阀开(内压上升)、漏液(气密性下降)——生产侧与应用侧原因分栏。

2-3 工作电压与安全(原 PDF 第 15~16 页)
2-3-1 前言:电压-漏电流关系见原 PDF 图 2-2(第 15 页,25/50/100/160 V 额定 47 µF 样品):a) 正向施加超过额定电压后漏电流急剧上升;b) 反向施加时低压下就有大电流流过。

2-3-2 反向电压:状态随反压程度而变:1) 高反压:电流增大,功耗(W = Vc×Ic)发热使电解液电解离解产气,内压上升,短时间内压力阀动作。2) 低反压、低漏电流:先因功耗发热,但阴极上氧化层逐渐化成使电流下降。图 2-3(第 15 页,16 V 100 µF,20 ℃/85 ℃,反压 −1/−2 V,0~300 h)显示容量随反压施加而下降——这是阴极箔表面化成氧化层使阴极箔容量下降所致;同时电解液被消耗,tanδ 增大。阴极箔因自然氧化层一般耐压约 1 V——相当于一只二极管的反向耐压。超过该耐压的反压会使内压上升、阀动作。使用前务必确认极性。
2-3-3 过电压:图 2-4(第 16 页,额定 35 V 例,20 ℃/85 ℃ 的 V-I 特性)显示超过额定后漏电流急剧上升。发热使阳极箔耐压下降、绝缘击穿后大电流流动,内压短时间内上升。阀动作后电解液变成气体从阀喷出。电容器储能与电压平方成正比(J = ½CV²)——施加电压越高,阀动作的后果越严重,箔间短路的可能性越大。

2-3-4 交流电压施加:交流电压下流过 I = ωCE (A) 的电流。铝电解在反方向没有耐压。用于交流电路时电流比 I = ωCE 计算值更大;设内阻 R(Ω),发热 W = I²R (W)——内阻大所以发热量大,阀动作、电解液蒸发、内压上升。即使是双极(无极性)电容也不能连续用于交流。
2-3-5 压力释放阀的结构:极端电压、反压、交流电流或极端纹波导致发热、电解液蒸发或电解离解产气、内压上升——压力阀用于释放内压。按位置分两类:1) 封口端(end seal);2) 铝壳侧。阀动作测试方法(示例):a) 交流电压法(JIS C5101-1, 4.28.1):按表 2-1 依被测电容额定容量选串联电阻 R(1 µF 以下:1000 Ω;1~10 µF:100 Ω;10~100 µF:10 Ω;100~1000 µF:1 Ω;1000~10000 µF:0.1 Ω;10000 µF 以上:相当于测试频率阻抗 1/2 的电阻——译注:原表两栏并排排印,此为按列整理后的读法,以原 PDF 表 2-1 为准),施加工频(50/60 Hz)交流电压,取额定的 70% 与 250 Vrms 中较小者;电流达 30 Arms 以上时调整电压使最大电流 30 Arms。b) 直流反向电压法(JIS C5101-1, 4.28.2):按表 2-2 依标称直径选直流电流(φ22.4 mm 以下:1 A 恒流;超过 22.4 mm:10 A 恒流),以极性反接施加。判据:(1) 阀动作时无火焰、无元件/外壳碎片飞散等危险状态;(2) 试验电压持续施加 30 分钟无异常。
2-4 充放电(原 PDF 第 17 页)
2-4-1 频繁充放电的影响:图 2-7 电路(原 PDF 第 17 页)中,极性电容(阳极箔容量 Ca、阴极箔容量 Cc)充至电压 V,阳极箔介质充上电荷 Q = Ca×V;经放电电阻放电时,阳极箔电荷移动去给阴极箔充电。阴极箔介质耐压低,靠吸收部分电荷达到自身耐压——电荷持续移动时阴极箔表面与电解液间发生电化学反应。反复充放电会在阴极箔介质上再生成一层介质:阴极箔容量渐减→电容容量下降;化成产气累积使内压上升,视条件阀可能动作。
2-4-2 氧化层的生成:放电时阴极箔上施加的电压按下式推导。阳极箔电荷移动直到两箔电压相等(方向相反、端子间电压为零)——用 Ca、初始 Cc、放电电压 V 与放电后阴阳极箔电压 Vc 表示:
$$V = C_a V_c + C_c V_c \ \Rightarrow\ V_c = \frac{C_a}{C_a + C_c}\,V \qquad \text{(式 2-1)}$$
2-4-3 防对策(防止阴极箔上生成氧化层):a) 使用阴极箔化成电压高于预期 Vc 的电容;b) 由式 2-1 得:
$$V_c = \frac{V}{1 + \dfrac{C_c}{C_a}} \qquad \text{(式 2-2)}$$
即 Cc/Ca 比值越大,Vc 越小——用容量相对阳极箔足够大的阴极箔,把 Vc 压到阴极箔化成电压以下。图 2-8(第 17 页)为充放电试验结果例:63 V 10000 µF,充电电阻 2 Ω、放电电阻 100 Ω,1 秒充电 + 1 秒放电为 1 循环,70 ℃——标准电容数千循环后容量变化率跌到 −30% 以下并阀开;充放电型电容几乎无变化。电压波动大的应用(AC 伺服放大器电源、逆变器)请选 LQS、LQR、LNC、LNU 系列快充放电电容(特殊结构,专利申请中)。
2-5 串联连接时均衡电阻的设定方法(原 PDF 第 18 页)
2-5-1 等效电路与漏电流:见原 PDF 图 2-9(第 18 页)——V0 下 C1/C2 各并联漏电流电阻 r1/r2 与均衡电阻 R0。设 C1、C2 漏电流为 i1、i2:$i_1 = \dfrac{V_1}{r_1},\ i_2 = \dfrac{V_2}{r_2}$(式 2-3、2-4);$V_0 = V_1 + V_2,\ V_1 - V_2 = R_0 (i_2 - i_1)\ \Rightarrow\ R_0 = \dfrac{V_1 - V_2}{i_2 - i_1}$(式 2-5)。
2-5-2 铝电解的漏电流:设额定电压 V(V)、容量 C(µF),基板安装型电容在室温(20 ℃)的漏电流变动一般可表示为:
$$i_{max} - i_{min} = \frac{\sqrt{C \times V}}{2} - \frac{\sqrt{C \times V}}{5} = \sqrt{C \times V}\left(\frac{1}{2} - \frac{1}{5}\right) = \frac{3}{10}\sqrt{C \times V}\ (\mu A) \qquad \text{(式 2-6)}$$
漏电流随温度上升增大:一般以 20 ℃ 值为 1,65 ℃ 时 2~3 倍、85 ℃ 时 3~5 倍。漏电流还随施加电压与储存条件而异,须乘漏电流变动系数留余量。
2-5-3 均衡电阻设定例(原文例题全录):2 只 400 V、470 µF 串联,环境温度 60 ℃;60 ℃ 漏电流温度系数 2.0;电压失衡率 10%;漏电流变动系数 1.4。电压失衡:V1 − V2 = 400 × 0.1 = 40 (V)。漏电流变动范围:imax − imin = (3/10)·√(C×V)×2×1.4 = (3/10)×√(470×400)×2×1.4 = 364 (µA)〔译注:原文根号排印覆盖范围不清晰,按结果 364 µA 反推,√ 仅覆盖 C×V=470×400=188000(√188000≈433.6),×0.3×2.0(温度系数)×1.4(变动系数)=364.2 µA,自洽〕。∴ R0 = 40/(364×10⁻⁶) ≈ 109 000 Ω ≈ 100 kΩ〔译注:原文写作“≈109000……100kΩ”,即计算值约 109 kΩ、取标称 100 kΩ〕。
2-6 存储特性(原 PDF 第 19 页)
空载长期存储的铝电解漏电流趋于略增——这是阳极氧化层与电解液反应使介质耐压下降所致。施加电压后因电解液的再化成作用(称为“电压处理”,voltage treatment),漏电流恢复初始水平。存储温度高则漏电流显著增大——宜常温、避直射阳光存储。长期存储的电容使用前建议电压处理:单体经约 1 kΩ 电阻充至额定电压并保持约 30 分钟。已装机模块:输入电压可调时先设约半额定电压运行约 10 分钟,再监测装置动作逐级升压;不可调时合闸运行约 30 分钟确认符合规格后断电。5~35 ℃ 存储不足 2 年的电容可免电压处理使用。图 2-10(第 19 页)为常温存储特性例(25 V 4700 µF φ22×25L 与 400 V 150 µF φ25×30L,无负载存储 0~4 年:容量、tanδ、漏电流随年变化)。
2-7 再起电压(Restriking Voltage)(原 PDF 第 20 页)
出厂前电容已彻底放电,但端子间仍会再现电压——称再起电压(剩余电压)。机理:施加电压时介质表面被极化出正负电荷,端子短路时表面电荷放掉;开路后仍处于极化位置的偶极子使端子间再次呈现电压。再起电压与介质厚度相关,额定电压越高越大。再起电压出现时,装机瞬间可能打火花,惊吓操作者或损坏低压元件。防止:使用前经 100 Ω~1 kΩ 电阻放掉积累电荷。高压大容量电容有铝箔或导电橡胶短接端子的包装,需要请咨询。
2-8 高海拔使用(原 PDF 第 20 页)
高海拔(山地、飞机)大气压低于电容内压——铝电解可用于 10 000 m 以下海拔。海拔升高温度下降,电容温度降低则容量下降、tanδ 增大,建议随温度变化确认设备性能。
表 2-3 海拔-温度-气压关系(全录):
| 海拔(m) | 温度(℃) | 气压(hPa) |
|---|---|---|
| 0 | 15.0 | 1013.3 |
| 2 000 | 2.0 | 795.0 |
| 4 000 | −11.0 | 616.4 |
| 6 000 | −24.0 | 471.8 |
| 8 000 | −37.0 | 356.0 |
| 10 000 | −50.0 | 264.4 |
| 20 000 | −56.5 | 54.7 |
2-9 寿命与可靠性 ★加速系数法核心(原 PDF 第 21~25 页)
2-9-1 前言
电子设备的失效率 λ 随时间 t 呈浴盆曲线(图 2-11,第 21 页:早期失效期→偶发失效期→磨损失效期)。铝电解的失效模式同样构成浴盆曲线。把寿命试验结果画在威布尔概率纸(图 2-12,第 21 页)上,形状参数 m > 1,表明失效模式是磨损失效(例:400 V 68 µF φ20×30L,105 ℃,判据 tanδ 0.3,施加纹波条件下形状参数 m=11.7、平均寿命 9100 h——译注:原图数据点标注,以原 PDF 为准)。

整机设计一般用失效率或寿命推算,但铝电解的可靠性一般用**寿命(实际使用中的预期寿命)**衡量——因为它是磨损型失效:同样总试验时长,样品数×时间的组合不同(100 只×10³ h 预期零失效 vs 10 只×10⁴ h 预期 100% 失效),失效率结果差异巨大。影响铝电解寿命最大的因素是三个加速系数:环境温度加速(FT)、纹波电流加速(FI)、施加电压加速(FU)——预期寿命 = Nichicon 样本规定寿命 × FT × FI × FU。
2-9-2 寿命评价方法
容量变化、tanδ、漏电流超过规定值或出现明显外观异常即判定寿命终止。影响因素有温度、湿度、振动等,影响最大的是温度——温度升高寿命缩短。耐久额定是在上限工作温度下施加直流电压或直流叠加纹波测定的(试验结果例见图 2-13,第 22 页:200 V 220 µF φ20×25L @105 ℃、120 Hz 1.00 Arms + DC 191 V;400 V 68 µF φ20×30L @105 ℃、120 Hz 0.56 Arms + DC 384 V,0~8000 h;图 2-14,第 22 页:50 V 1000 µF φ16×25L @105 ℃、100 kHz 2235 mArms + DC 48 V;16 V 4700 µF φ16×31.5L @105 ℃、100 kHz 3010 mArms + DC 15 V)。
2-9-3 环境温度与寿命
一般而言,电容在最高工作温度(或最低 40 ℃ 工作温度)以下使用时,寿命按 Arrhenius 理论计算:温度每降 10 ℃ 寿命翻倍(图 2-15 寿命推算表,第 22 页:85 ℃ 2000 h/3000 h 保证品、105 ℃ 2000/3000/5000 h 保证品,环境温 45~105 ℃ 对应 1~15 年/24 h 工作、3~15 年/8 h 工作换算)。
2-9-4 施加电压与寿命
与环境温度、纹波电流相比,低于额定使用的电压对寿命影响小——寿命推算时电压系数 FU 按 1 计(图 2-16,第 22 页:50 V 12000 µF φ35×45L @105 ℃ 分别加 DC 50/40/30 V 的对比试验,容量/tanδ/漏电流曲线几乎重合)。用于电力电子平滑电路的高压电容,漏电流随电压降低而减小、电解液消耗减少,寿命可能延长——详情咨询 Nichicon。
2-9-5 纹波电流与寿命
铝电解的 tanδ 比薄膜电容等大,纹波电流经直流叠加施加时因功耗在内部发热,发热引起的温升显著影响寿命。
1) 纹波电流与发热:直流叠加纹波电流的功耗:
$$W = W_{AC} + W_{DC} = I_{AC}^2 \times R_e + V_{DC} \times I_{DC} \qquad \text{(式 2-7)}$$
(W:电容功耗;WAC:纹波功耗;WDC:直流功耗;IAC:纹波电流;Re:电容 ESR;VDC:直流电压;IDC:漏电流。)直流低于额定电压时漏电流极小,WAC ≫ WDC,故:
$$W = I_{AC}^2 \times R_e \qquad \text{(式 2-8)}$$
电容温度上升到内部发热与散热平衡为止。内部温升(β:散热常数(10⁻³ W/(℃·cm²));A:表面积(cm²);Δt:纹波温升(℃)):
$$I_{AC}^2 R_e = \beta \times A \times \Delta t \qquad \text{(式 2-9)}\qquad\Rightarrow\qquad \Delta t = \frac{I_{AC}^2 R_e}{\beta \times A} \qquad \text{(式 2-10)}$$
外壳尺寸 φD×L 时:$A = \dfrac{\pi}{4} D (D + 4L)$(式 2-11)。内阻 Re 与容量 C、tanδ 的关系:$R_e = \dfrac{\tan\delta}{\omega C}$(式 2-12),ω = 2πf(式 2-13),于是 $\Delta t = \dfrac{I_{AC}^2 R_e}{\beta A} = \dfrac{I_{AC}^2 \tan\delta}{\beta A \omega C}$。散热常数 β 与温升倍率 α(表面温升 Δts 除以元件中心温升 Δtc,α = Δts/Δtc)见表 2-4(全录):
| 外壳直径(mm) | ≤5 | 6.3 | 8 | 10 | 12.5 | 16 | 18 | 20 | 22 | 25 | 30 | 35 | 40 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| β | 2.18 | 2.16 | 2.13 | 2.10 | 2.05 | 2.00 | 1.96 | 1.93 | 1.88 | 1.84 | 1.75 | 1.66 | 1.58 |
| α | 1.0 | 0.94 | 0.90 | 0.85 | 0.80 | — | 0.77 | 0.75 | 0.74 | 0.71 | 0.67 | 0.64 | 0.62 |
(α:温升比 = Δts/Δtc;β:散热常数(10⁻³ W/(℃·cm²))。〔译注:α 行在原表中 16 mm 栏未单列数值、与 12.5 mm 并格,原表分两段排印,此处合并为一表,以原 PDF 表 2-4 版面为准。〕)
2) 允许纹波电流的频率系数:ESR(Re)随频率变化——频率越高 ESR 越低。设频率 fx 与 fo 下纹波温升相同、Ro 为 fo 下 ESR、Rx 为 fx 下 ESR:$I_0^2 R_0 = I_x^2 R_x\ \Rightarrow\ I_x = \sqrt{\dfrac{R_0}{R_x}}\, I_0$(式 2-14)。√(Ro/Rx) 即频率系数 Kf。表 2-5 频率系数例(全录)——卡扣端子型(输入平滑用,@50/60/120/300/1k/10k/50k~ Hz):
| 额定电压 | 50 | 60 | 120 | 300 | 1k | 10k | 50k~ |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 16~100 V | 0.88 | 0.90 | 1.00 | 1.07 | 1.15 | 1.15 | 1.15 |
| 160~250 V | 0.81 | 0.85 | 1.00 | 1.17 | 1.32 | 1.45 | 1.50 |
| 315~450 V | 0.77 | 0.82 | 1.00 | 1.16 | 1.30 | 1.41 | 1.43 |
引线型(输出平滑用,6.3~100 V,@50/120/300/1k/10k~ Hz):
| 容量(µF) | 50 | 120 | 300 | 1k | 10k~ |
|---|---|---|---|---|---|
| ~56 | 0.20 | 0.30 | 0.50 | 0.80 | 1.00 |
| 68~330 | 0.55 | 0.65 | 0.75 | 0.85 | 1.00 |
| 390~1000 | 0.70 | 0.75 | 0.80 | 0.90 | 1.00 |
| 1200~15000 | 0.80 | 0.85 | 0.90 | 0.95 | 1.00 |
3) 允许纹波电流的温度系数:上限工作温度以下的允许纹波电流值,须按环境温度限制元件中心温升(表 2-6:315 V 以上卡扣型,环境温度 40/55/65/85/105 ℃ 对应元件中心温升限 Δtc = 30/30/25/15/5 ℃)。
4) 从纹波电流波形求有效值:开关电源、逆变器、有源滤波等场合,高频开关纹波叠加在工频纹波上时,按表 2-7(原 PDF 第 24 页)找相近波形求有效值:① 正弦波 Irms = IP/√2;② 全波整流波 Irms = IP·√(T1/2T);③ 方波 Irms = IP·√(T1/T);④ 三角波 Irms = IP·√(T1/3T)。工频纹波(低频分量 IL)上叠加高频开关纹波(高频分量 IH)(图 2-17)时,按频率分量拆分:
$$I_L = I_P\sqrt{\frac{T_1}{2T}} \quad \text{(式 2-15)}\qquad\qquad I_H = I_P\sqrt{\frac{t_1}{T}} \quad \text{(式 2-16)}$$
低频分量频率系数记 KfL、高频分量记 KfH,换算到基准频率的合成纹波 In:
$$I_n = \sqrt{\left(\frac{I_L}{K_{fL}}\right)^2 + \left(\frac{I_H}{K_{fH}}\right)^2} \qquad \text{(式 2-17)}$$
5) 纹波电流引起的温升推算:功耗正比于纹波电流平方,故额定纹波电流 Io(A)流过时元件中心温升记 Δto,实际纹波电流 In(A)流过时的温升 Δtn 为:$\Delta t_n = \left(\dfrac{I_n}{I_0}\right)^2 \times \Delta t_0$(式 2-18)。105 ℃ 卡扣型的 Δto 约 5 ℃。由于 Re 随温度而异、实际纹波波形复杂含多频率分量,建议用热电偶实测温升。
2-9-6 寿命推算 ★(原 PDF 第 24~25 页)
预期寿命 = 样本规定寿命 × FT × FI × FU(见 2-9-1)。以下给出大型 can 型与小型电容的公式;螺栓端子型请咨询 Nichicon。
(大型 can 型)式 2-19:
$$L_n = L_o \times 2^{\frac{T_o - T_n}{10}} \times 2^{\,1-\frac{\Delta t_n}{K}}\,,\qquad \Delta t_n = t_0 \times \left(\frac{I_n}{I_m}\right)^2 \qquad \text{(式 2-19)}$$
Ln:环境温度 Tn(℃)、施加纹波 In(Arms)时的推算寿命(h);Lo:最高工作温度 To(℃)、施加额定纹波 Im(Arms)时的规定寿命(h);To:电容最高工作温度(℃);Tn:电容环境温度(℃);t0:环境温度 To、额定纹波 Im 时的内部温升(℃);Δtn:环境温度 Tn、实际纹波 In 时的内部温升(℃);K:纹波温升的加速系数(见原 PDF 图 2-18(第 25 页):K 随环境温度 Tn 50→110 ℃ 从约 10 降到约 5——图解读数;适用于最高工作温度 To 以下区间)。
※ 该公式适用于环境温度 Tn ≥ 40 ℃ 至最高工作温度 To 的范围。按此式得到的推算寿命一般以 15 年为上限。
**(小型型)**按各系列的寿命规格分两式。(1) 寿命规格为仅施加额定直流电压:
$$L_n = L \times 2^{\frac{T_o - T_n}{10}} \times \frac{1}{B_n}\,,\qquad B_n = 2^{\,\alpha\times\left(\frac{I_n}{I_m}\right)^2} \times 2^{-\left(\frac{T_o - T_n}{30}\right)} \qquad \text{(式 2-20)}$$
(2) 寿命规格为直流偏压 + 额定纹波电流:
$$L_n = L_o \times 2^{\frac{T_o - T_n}{10}} \times 2^{\,-\alpha\left\{1-\left(\frac{I_n}{I_m}\right)^2 \times 2^{-\left(\frac{T_o-T_n}{30}\right)}\right\}} \qquad \text{(式 2-21)}$$
(式 2-20/2-21 中:L:最高工作温度 T(℃)施加额定直流电压时的规定寿命;Lo:T(℃)施加额定纹波 Im 时的规定寿命;Im 需用 Nichicon 样本的纹波频率系数换算到实际纹波同频率后再取值;In:Tn 下实际施加纹波;Bn:Tn 下施加纹波 In 的加速系数;α:寿命常数——详情请咨询 Nichicon。)式 (2-20)、(2-21) 的低温上限条件(原文照录):指数 (To−Tn)/10 当 Tn ≤ 40 ℃ 时改用 (To−40)/10;指数 (To−Tn)/30 当 Tn ≤ 50 ℃ 时改用 (To−50)/30。(该公式基于高温寿命试验结果,计算寿命仅供参考,使用前须经充分试验判定;推算寿命一般同样以 15 年为上限。)
「译者代入例」(式 2-19,全部假设明示,非原文内容):105 ℃/2000 h 卡扣电容(Lo = 2000 h,To = 105 ℃),实际环境 60 ℃(Tn = 60 ℃),实际纹波恰为额定纹波(In = Im,故 Δtn = t0 = 5 ℃,按 2-9-5-5 的 105 ℃ 卡扣型典型值)。图 2-18 曲线在 60 ℃ 处读数 K ≈ 9(图解读数,「待核实」)。则:
$$L_n = 2000 \times 2^{(105-60)/10} \times 2^{1-5/9} = 2000 \times 22.6 \times 1.36 \approx 61\,500\ \mathrm{h} \approx 7\ \text{年}$$
工程含义:60 ℃ 环境把 105 ℃/2000 h 的档位拉长到约 7 年——低于 15 年上限,可信;若再把纹波降到额定的 1/2(Δtn = 5×(1/2)² = 1.25 ℃),纹波因子升为 2^(1−0.14) ≈ 1.83,寿命再乘 1.35。这与行业“降额 10 ℃ 翻倍、降纹波同样有收益”的经验一致。
2-10 卤素的影响(原 PDF 第 26 页)
2-10-1 前言:卤化物渗入铝电解后,溶解游离出卤素离子:$RX + H_2O \rightarrow ROH + H^+ + X^-$;并发生下述反应(电蚀反应):$Al + 3X^- \rightarrow AlX_3 + 3e^-$,$AlX_3 + 3H_2O \rightarrow Al(OH)_3 + 3H^+ + 3X^-$。反应反复进行→漏电流增大→压力阀动作→可能开阀。因此不推荐使用卤素系清洗剂、粘接剂与涂覆材料。
2-10-2 推荐清洗条件:适用任何类型任何额定。清洗剂:a) 醇溶剂系——异丙醇(Isopropyl Alcohol);b) 水溶剂系——高级醇溶剂型 Pine Alpha ST-100S(荒川化学)、Sanelek B-12(三洋化成);表面活性剂型 Clean Through 750HS/750HN/750K/750J(花王)。条件:浸渍、超声等方式总清洗时间 ≤5 分钟(清洗剂温度 ≤60 ℃);洗完基板后热风干燥 ≥10 分钟——清洗液渗入外壳与套管之间时,热风温度过高套管会软化鼓胀,热风温度不得超过套管软化温度(80 ℃);干燥不足会造成套管收缩、底板鼓包等外观问题;清洗后不得把电容留在清洗剂气氛或密闭容器中;必须监测清洗剂污染(电导率、pH、比重、水分等)。喷射清洗时视角度与强度套管可能膨胀;其他清洗方法可能擦花/糊掉印字。HCFC 预计禁用,Nichicon 不推荐;确需使用时:适用耐溶剂品(样本所列);清洗剂 AK-225AES;条件:浸渍/汽相/超声等总时间 ≤5 分钟(SMD 与超小型 ≤2 分钟,剂温 ≤40 ℃);其他清洗法/清洗剂使用前咨询。
2-10-3 固定与涂覆材料:1) 不得使用含卤化物的固定/涂覆材料;2) 使用前先清除封口与基板间隙内的助焊剂与污物;3) 涂覆前先干燥基板上的清洗剂;4) 不得整体覆盖电容封口部。材料繁多,选型请咨询厂商或 Nichicon。
2-10-4 其他——熏蒸:出口木包装可能用卤化物(如甲基溴)熏蒸杀虫。带铝电解的设备或电容本体直接熏蒸、或与熏蒸过的托盘同包装,熏蒸剂中的卤素会引发电容内部腐蚀反应。
2-11 CR 定时电路(原 PDF 第 27 页)
2-11-2 充电电路(图 2-19:V 经 R 给 C 充电,t=0 时电容电荷为零):$V_c = V\left(1 - e^{-\frac{t}{CR}}\right)$(式 2-22);$t_n = CR\ln\left(\dfrac{V}{V - V_n}\right)$(式 2-23)。R:串联电阻(Ω);C:容量(F);V:施加电压(V);tn:到达指定电压 Vn 的时间。
2-11-3 放电电路(图 2-20:充电至 V 后 SW 拨向 2 经 Rd 放电):$V_c = V \times e^{-\frac{t}{CR_d}}$(式 2-24);$t_n = CR_d \ln\dfrac{V}{V_n}$(式 2-25)。
2-11-4 电容的漏电流电阻:直流电压下漏电流流动。铝电解漏电流比其他类型大,且随温度、施加电压、施加时间变化。等效视作与电容并联的电阻:充电时成为功耗、放电时成为自放电源——使 2-11-2/2-11-3 理论公式产生误差:充电时间常数比理论值大,放电时间常数比理论值小。用于定时电路时,务必在设备工作温度范围内确认满足要求。
2-12 电容器的选用(原 PDF 第 28~29 页)
2-12-1 前言:铝电解是平滑电路最常用电容——单位体积容量最高、单位容量价格最低。随电子设备小型薄型轻量化与高效率、高频、高可靠、高自动化,加上 PL(产品责任)法要求,电源用铝电解被要求:小型、轻、薄、长寿命、高可靠、贴片化、安全性。
2-12-2 各系列特性:(1) 电源输入平滑用(整流桥后,要求高纹波、高可靠、安全性)——表 2-8 can 型(卡扣)系列矩阵:85 ℃ 标准型 LLS / 微型 LLG;105 ℃ 标准型 LGN/LGM/LGR/LGZ / 微型 LGU/LGG/LGL / 长寿命 LGX(5000 h)、LGY(7000 h) / 耐过压(过压时阀动作不短路、无起火危险)LAK/LAQ/LAS;低矮型 LGJ、LGJ(15)。105 ℃ 标准是 LGU 系列;微型 LGN/LGG;低矮 LGJ;更高可靠选 LGX(5000 h)/LGY(7000 h);LAK/LAQ 适合 24 小时连续使用的传真机、复印机等信息通信设备。(2) 电源输出平滑用(稳定输出电压;频率越高越要求高频低阻 ESR)——表 2-9 引线型系列矩阵:标准 UVK/URS、105 ℃ UVY/URZ、125 ℃ UBT/UBW/UBX/UBY、双极 UUP、低阻抗 UPA/UPW/UVP/UHW;表 2-10 贴片型系列矩阵:3.95 mm 低矮 UZR(标准)/UZG(105 ℃)、4.5 mm UZS/UZT、5.5 mm UWX/UWT(双极 UWP、低阻 UWF/UWG)、5.8 mm 以上 UUR/UUT(125 ℃ UUB、双极 UUP、长寿命 105 ℃ 5000 h UUL)、高容量 UUG/UUJ/UCD、UUE/UCH/UCM/UCV/UCX/UCZ、UUN、UUJ。输出平滑标准系列是 UPW;低阻抗小型推荐 UPA。贴片标准是 UWT;低矮 UZT/UZG;低阻抗 UCD;高压高容 UUX/UUJ。(3) 控制电路用:高密度安装使电容周边温升导致失效的情况增多——Nichicon 提供 UVY 系列(微型、最高工作温度 105 ℃)等,详见样本。
2-12-3 高密度安装与延寿:环境温度上升使寿命缩短。延寿要点:a) 发热元件不放在电容周边或基板背面(电容正下方);b) 用散热风扇等尽量排走机内热量;c) 机壳开孔、合理布置让外部空气冷却电容;d) 双面板贴近功率模块/发热元件时注意图形导热——大功耗电源尤须小心;e) 机内顶部最热——电容尽量放低;立式使用设备特别注意。
2-12-4 浪涌电流与放电电阻:电容输入型电源上电时对电容充电的浪涌电流可达稳态电流的数十倍(随输入时序与电路而异)。每天只开关几次没有问题;频繁通断或开机电磁噪声干扰设备时,建议输入侧加电感或有源滤波。自动放电的电路系统,放电电阻推荐 1 kΩ 以上。
2-12-5 表面贴装型(贴片铝电解):贴片件是径向引线件的替代,要求稳定性、可焊性与耐热性以满足回流焊。做法:把引线改成扁平引线、加装耐热塑料座——立式贴片电容是主流。外壳尺寸 φ3、4、5、6.3、8、10、12.5、16、18 mm,额定电压 4~500 V,容量 0.1~10 000 µF(见原 PDF 图 2-21 外观例,第 29 页)。
译者附注(全库视角)
- 寿命公式的三个记忆锚点:环境温度每降 10 ℃ 寿命翻倍(式 2-19/2-20/2-21 的公共指数 2^((To−Tn)/10),Tn ≤ 40 ℃ 上限);纹波电流按平方进入温升(Δtn = t0×(In/Im)²,式 2-18/2-19)——纹波降一半,温升降 3/4,寿命不是翻倍而是按 K 曲线修正;推算寿命一律 15 年上限,且公式仅供参考、装机须实测。
- 纹波合成(式 2-17)是反激/LLC 输出电容选型的日常工具:低频(纹波三角波/整流波)与高频(开关频率)分量各自除以对应频率系数后平方和开根——与库内 UCC28781/05_EVM用户指南精译 中输出电容纹波电流核算的口径一致。
- 均衡电阻例(§2-5-3)可直接复用:两只 400 V 电解串联时 100 kΩ 量级均衡电阻的出处;同一主题在 NCP1568/03_典型应用 的母线分压取样中也有出现。
- OCR/转写存疑点:① 式 2-19 的指数“1 − Δtn/K”与图 2-18 的 K 读数(50 ℃ 约 10 → 105 ℃ 约 5)为图解读数,「待核实」;② 式 2-20 的指数中 (In/Im)² 出现在“仅直流额定”场合,原文如此照录——按 Bn 定义 In=0 时该因子为 1,「待核实」原文意图;③ 表 2-4 的 α 行 16 mm 栏未单列;④ 表 2-1 串联电阻表原文双栏并排,本文按列整理;⑤ §2-9-1 图 2-12 的“纹波 11.7”为 Weibull 图表内标注(m=11.7、平均寿命 9100 h),排版歧义以原 PDF 为准。
- 与库内联动:NCP1568 EVM 的 Nichicon UPZ2G470MHD(400 V 母线侧 UPZ 系列)与 25SVPK470M(铝聚合物 25SVPK 系列,对应本篇 §2-1-1 第 17 条“固态与液态并联须特别注意”)、Rubycon 400BXW82MEFCG412.5X40(82 µF/400 V,XW 系列);UCC28781 EVM 的 Nichicon UVC2G150MPD(15 µF/400 V,UVC 系列,AEC-Q200 Grade 2)。固态(导电聚合物)电容专题源已存档:
90_资料源/电容_固态_Murata_PolymerNotes.pdf(待建)。
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