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感应研究所 发布于2018-02-14 04:31
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论脉冲功率电容器选材

楼层直达

图片:薄膜电容器发展现状与前景分析_访_省略_务理事_电容器应用专家陈永真教授_0000.jpg

图片:薄膜电容器发展现状与前景分析_访_省略_务理事_电容器应用专家陈永真教授_0001.jpg

图片:薄膜电容器发展现状与前景分析_访_省略_务理事_电容器应用专家陈永真教授_0002.jpg


注意最后一页的“薄膜电容器耐受”
这是一些资料,相信各位看完之后也能像我一样略有所得
17.rar免积分:pan.baidu.com/s/1gg628FL
关于电解电容器能否用来当作脉冲电源的讨论自古有之,而在查阅了很多资料之后我所终于得到了结论。
结论是:电解电容器寿命太短结构太不合理因此是一种“不过勉强涂饰,虚有其表,不揭破犹可敷衍一时。”的电容器。
具体说来,用通俗点的语言来理解就是糊弄事。人做事也分态度,而不同的电容器之间的区别就好比人做事的态度不同一样。
电解电容器设计的最初目的仅仅是为了在功率不大的场合进行直流滤波,而没有考虑太多问题。当纹波稍大,频率略高的时候,很容易就出现电容器失效或严重发热的问题
而具体的机制就在于阻抗和感抗
电源一般在初中都认为是没有电阻的,但实际上电源也有电阻,而且电源的电阻随着电压的减小会逐渐增大,所以一般旧电池的电阻较大.
电源的电阻就是内电阻,电路中电源以外的电阻就是外电阻.
如一个由电源,电键,两个电阻R1、R2串联而成的电路中,电源的电阻就是内电阻,计作r在中学里认为是不变的,而R1、R2就是外电阻,而内电阻与这两个外电阻之间的关系也是串联.
ESR和ESL是分别描述电容器本身的阻抗和感抗的参数。分别代表等效串联电阻和等效串联电感,即电容器串联在电路中的电阻和电感,可以理解为电容器自身带有一个电阻和电感串联在了自身的电容上。而不幸的是大多数电解电容器的这两种参数都大得很,也就是说根绝了用来当作脉冲电源的可能性。即使是勉强应用,效果也非常糟糕——毕竟相当于很大的电阻和电感同时串联在了电容上,而它们都会严重降低脉冲电源的有效功率。在使用电磁铁的时候还没什么因为电磁铁要求的电流不大。而在电磁弹射中对脉冲电源的电流要求就很高了。总之ESR和ESL都是介绍电容器的寄生参数的一种定义,标准来说理想电容器的ESR和ESL都是等于零的。然而现实中电解电容器的ESR和ESL都是非常大的,而各位也都知道,ESR和ESL都会阻碍电容器的正常工作(滤波电容器的工作是将变化的电压的波形滤除转化为更加平稳的波形,而ESR和ESL的存在,各位也知道,电阻和电感都是在阻碍电压的变化的,这样的两个等效电抗串联在电路中,肯定会对电容器的正常工作性能大打折扣)因此,选用低ESR和ESL作为滤波或脉冲功率电容才是明智选择。而根据文献说明,薄膜电容器是一种接近于理想电容器的电容器,因此可以等效理解为ESR和ESL非常小可以忽略(事实也的确如此)。而且薄膜电容器没有烦人的500V工艺上线,电压更随意。同时提高电压也对提升电磁弹射效率有着非常重要的意义(E=NΔΦ/Δt),具体参考ac4195753的仿真结果(适当提升电容的电压降低电容量就可以在同样的储能下大幅提升ΔΦ 和ΔΦ/Δt,从而提升效率)。而电解电容器的极限就摆在那,要想提升电压?可以,但是串联之后虽然电压提升了但是本来就令人发指的阻抗也相应N倍的倍增了。(N=串联电容数)
另外极化和漏电流的问题也很严重,电解电容器的设计,如上文所说。不过勉强涂饰,虚有其表,不揭破犹可敷衍一时。
具体说来,电解电容器如果各位也看过之前的文章ac4225088介绍,那么很容易就能知道电解电容器无论是使用还是放置,正常使用还是超载使用,都无法改变其寿命短性能缩减严重的事实。而造成这种现象的主要原因就是因为这种电容器的设计思路:能对付用就行。电解电容器是过去在我们没有塑料膜成型技术的时候的一种妥协,为了增大单位容量,我们可以依靠两种方法:提升电容量和提升耐压。提升电容量相对来说最为直观,由于C=εS/4πkd这样提升电容量貌似成了提升电容器储电能力的唯一办法。因此当时人们想尽一切办法提升电容的极板面积和电介质的介系数,而电解电容器和最新的超级电容器就是应这样的思路的产物。利用腐蚀过的铝箔经处理后得到很薄的氧化铝薄膜充当电介质,而电容器的极板分别是铝箔本身和电解液。由于电解液是液体因此能够很好的和腐蚀过的铝箔有着充分的接触并保持相当大的正对面积S,但是这样的不规则结构却有着一定的问题见后文。而超级电容器的双电层技术更是将电容器的容量提升到了法拉级,但是单个电容的最大电压却只有微小的2.几V。而这里就要说明提升电容器储电能力的方法之二了。
如果各位接触过电磁铁或者电磁弹射的话应该也曾了解过电容器的储能和电容量的关系:Ec=CU^2/2 储能量是根据电容器的实际容量和实际电压来确定的。比如一个同样是20UF的电容,当它的两极之间的电压为500V时它的储能量是2.5J,当电压翻倍达到1000V时储能量就提升到了10J 但是当翻倍提升电容量到40UF时,它在500V下的储能量只有5J 这就是因为上文中提到的电容器储能关系式了(也是定义式)。提升电容器的电压,储能的提升是电压提升的平方。二次函数关系。而提升电容量只提升相应的储能。这里也就是说,改进电容器极板和介质的材料提升电容器耐压,对电容器的储能量的提升是比提升电容量更加有效的方法。因此提升耐压也可以说是在提升电容器的电容量。
如上文中的链接文章介绍,电解电容器的结构是为了最大化电容量而设计的,是一种腐蚀极板表面然后填充电解液充当电介质的一种结构。而这样的结构导致很多很严重的问题
具体我想不必我细说,参见最后一页提到的子电容RC电路随着频率提高而逐渐失效这一部分

图片:开关电源中液态铝电解电容器失效分析_王书堂-001.png

图片:开关电源中液态铝电解电容器失效分析_王书堂-002.png

图片:开关电源中液态铝电解电容器失效分析_王书堂-003.png


另外也感谢奸商提供的真实素材

图片:fa061e0a6954a0da88aae734f788e796a310e272.jpg



电解电容器显微照片
容易看得出来这一点,为了提升电容器的电容量而费尽心思显然不如老老实实的提升电容器的耐压来的方便。
在意识到这一点之后,薄膜电容器技术奋进直追,终于达到了如今和电解电容器相近甚至超过电解电容器的储能密度,从而极大的振奋了电源行业的发展。(不是我们手中这些洋垃圾的这一代技术 根据文献记载那种储能密度又大又没有内阻的电容器叫做双层超导薄膜电容器,市面上见不到 不过市面上的洋垃圾也很好用就是了)
还有一个原因就是温度特性:电解电容的温度特性太差了。av19472706中就提到过这一点:电解电容器由于采用了电解液充当极板,因此参数很容易随着温度而发生改变。不仅工作储存温度范围很窄,而且随着温度的变化性能也有着很大的改变:如当电容器温热的时候(40摄氏度)和冰冷的时候(几摄氏度)ESR相差非常大(感谢欧阳同志提供测量结果)

图片:TIM截图20180214042105.png

图片:2f6acbfbb2fb43167fcf24f72ba4462308f7d376.jpg

图片:7f25d14a20a446231f3afbef9322720e0df3d756.jpg



而显然的其他电容器就没有这个顾虑

图片:_1549203784_IMG20180213230707_1518534476000_wifi_.jpg

由此,我们很容易就能看得出来在选材的时候应该怎么做
不耐用性能差但是看起来体积很小的电解还是价格略高但是半长久各项性能都更加适合脉冲功率电源的使用场合的干式电容呢?
相信各位心中已经都有答案了

图片:TIM图片20180131112242.png


所内多人下车,真正25包邮 相信各位都是有头有脸的人应该不会差一顿饭钱买几个靠谱点的电容吧我们所的演讲完毕感谢各位支持
[感应研究所于2018-02-14 04:47编辑了帖子]
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三水合番 发布于2018-02-14 06:54
沙发F
楼主的打字速度倒是很快……
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Mr_ 发布于2018-02-16 08:35
板凳F
这算是扯犊子么。。。
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