電容又爆了？一文詳解鋁電解電容器在電路中不能承受反向電壓的原因

Part 01

前言

眾所周知，電容在電子電路中一直扮演著非常重要的角色。它們負(fù)責(zé)電子電路中信號(hào)的耦合，通過(guò)組建RC電路，可以搭建振蕩電路，也可用于旁路和電源濾波器等。在鋁電解電容器中，電極由純鋁制成，而陽(yáng)極（正）電極是通過(guò)陽(yáng)極氧化形成氧化鋁（Al2O3）絕緣層制成的。電解質(zhì)（固體或非固體）放置在陽(yáng)極的絕緣表面上，這種電解質(zhì)在技術(shù)上充當(dāng)陰極。第二個(gè)鋁電極放置在電解液的頂部，作為其與電容器負(fù)極端子的電連接。中間夾著紙的鋁箔纏繞在一起。它們浸入電解液中，然后覆蓋在鋁制外殼中。

Part 02

電容接反向電壓會(huì)怎樣？

由于電解電容的極性，在使用中要注意正負(fù)極的正確連接，否則不僅電容起不到作用，而且漏電流很大。短時(shí)間內(nèi)，電容器內(nèi)部會(huì)發(fā)熱，損壞氧化膜，進(jìn)而損壞，甚至發(fā)生爆炸。

如圖所示，鋁電解電容器的基本結(jié)構(gòu)由陽(yáng)極、附著在絕緣介質(zhì)上的鋁層、接收電極的陰極鋁層和由電解質(zhì)構(gòu)成的真正陰極組成。電解液浸在兩層鋁層之間的紙中。鋁層上鍍有氧化鋁層，非常薄，容易被擊穿，導(dǎo)致電容器失效。

氧化鋁層可以承受正向直流電壓。如果承受反向直流電壓，很容易在幾秒鐘內(nèi)發(fā)生故障。這種現(xiàn)象稱為“閥門效應(yīng)”，這就是鋁電解電容器具有極性的原因。如果電解電容的兩個(gè)電極都有氧化層，就會(huì)形成無(wú)極性電容。

還有一個(gè)氫離子理論可以解釋鋁電解電容器承受反向電壓出現(xiàn)問(wèn)題的原因。當(dāng)電解電容承受反向直流電壓時(shí)，即電解質(zhì)的陰極承受正電壓而氧化物承受負(fù)電壓時(shí)，聚集在氧化層中的氫離子會(huì)穿過(guò)介質(zhì)到達(dá)介質(zhì)的邊界和金屬層，然后它們將轉(zhuǎn)化為氫。氣體的膨脹力導(dǎo)致氧化層脫落。

因此，電流擊穿電解液后直接流過(guò)電容器，電容器失效。這個(gè)直流電壓非常小，在1～2V的反向直流電壓下，鋁電解電容器會(huì)在幾秒鐘內(nèi)因氫離子效應(yīng)而立即失效。相反，當(dāng)給電解電容器施加正電壓時(shí)，負(fù)離子會(huì)集中在氧化層之間。因?yàn)樨?fù)離子的直徑很大，無(wú)法突破氧化層，所以可以承受更高的電壓。

Part 03

總結(jié)

電解電容是不能接交流電源，因?yàn)闃O性電容是專為直流電源濾波而設(shè)計(jì)的，極性電容內(nèi)部有特殊材料，不能承受背壓，如果接在交流電源上，會(huì)反向擊穿或爆炸。