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普通液态电解电容和固态电解电容,有什么差别? 如何判断

2021-4-7 15:52:39 显示全部楼层
电解电容被广泛应用在各类电路中。由于电容的绝缘层来自于金属电极的非常薄的氧化膜,所以这类电容的容量可以做的很大,容量从几个微法一直到几个法拉。在电路中它被应用在对于精度要求不高,但容量要求大的电源储能滤波电路中。

由于它的体积比较大,且常采用铝壳圆柱封装,因此在电路板上通常显得“鹤立鸡群”。在下面电路板的一角站立着三个电解电容。
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▲ 电路板上的铝电解电容

上图中的电解电容实际上分为两大类。一类是普通液态铝质电解电容,一类是固态铝质电解电容。如何区分它们以及各自的优缺点是什么?看完下面介绍便可以知道。
固态和液态电解电容,二者的本质区别在于介电材料的不同,液态电解电容采用的介电材料为电解液,而固态电容采用的是导电性高分子。这两者的区别直接导致了固态电容的最大优势,不容易发生爆炸。
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▲ 液态电解电容过压爆破过程


用过液态电解电容的玩家都可能知道一件事,液态电解电容用的时间一久,寿命就撑不住了,寿命一旦到了产生故障,就容易发生爆炸。虽然是爆炸但是也没有多可怕,只是为爆裂后溢出电解液。但是爆裂的时候会听到boom的一声,听起来比较可怕。

所以固态电容的优势就在于稳定性好,低阻抗,环保。液态电解电容则有性价比高,耐压值高的优点。如果不看价格的话,那么固态电容实际上远优于液态电解电容。
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▲ 普通电解电容(左)与固态电解电容(右)
  
由于液态电解电容在发生故障时容易爆炸,所以在其顶部往往具有“K”或者“+”防爆开槽,而固态电容通常没有。
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▲ 液态电解电容上的“+”防爆开槽

由于固态电解电容采用导电聚合物作为电极层导体,相对与液态电解液它的导电性能更好,所以对应的ESR(Equivalent Series Resistance,串联等效电阻)非常小,则对应的电容损耗也小。

通常情况下,这个特点并不突出,但在一些大功率高频电路中,对于电源滤波电容则要求ESR越小越好。可以说,高频下,固态电解电容的低ESR是其最大的优点。

在第十六届全国大学生智能汽车竞赛中有一组节能信标组,它可以为车模提供超过50W的充电功率。

下图显示了信标控制电路板上的两个电解电容。在左边的电路中使用的是普通液态电解电容,在电路满功率输出50W电能时,这两个电容发热严重。

将它们替换成相同容量的固态电容之后,电容就不再发烫。
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▲ 无线节能信标电路板上的两个电源滤波电容  左边电路板上使用的是普通电解电容,右边是固态电解电容
  
除了可以根据电解电容顶部是否具有防爆开槽来区分液体电解电容和固态电解电容,还可以将电容拆解开进行区分。

它们内部结构整体上都是电极卷层结构,液体电解电容在挤压卷芯时可以看到液体,但固态电解电容则没有液体。
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▲ 电解电容内部结构
  
如果不破坏电容,该如何判断它们的差别呢。可以利用小型手持LCR表来测量电容的容量和ESR。

下面使用SmartTweezer测量普通的电解电容和固态电容。测量的频率设定为10kHz。通常测量到的普通电解电容ESR大都超过0.1Ω,但固态电容的ESR仅仅只有几十毫欧,远远小于同样容量的普通电解电容。
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▲ 使用手持LCR(SmartTweezers)测量电容的等效串联电阻


一分钱一分货,固态电解电容虽然有很多优点,但高昂的价格使得它还只能应用在一些价格不敏感的电子产品中,也许在未来这个价格差别会逐步减小。

文章来源:TsinghuaJoking 作者 卓晴

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