【導讀】電解電容是通過(guò)電解質(zhì)作用在電極上形成的氧化層作為絕緣層的電容，通常具有較大的容量。電解質(zhì)是液體、膠凍狀富含離子的物質(zhì)。大多數電解電容都是有極性的，也就是在工作時(shí)，電容的正極的電壓需要始終比負極電壓高。
電子專(zhuān)業(yè)的同學(xué)，如果沒(méi)見(jiàn)過(guò)電容爆炸，那估計你學(xué)的是一個(gè)假電子專(zhuān)業(yè)。今天就來(lái)給大家分享一下關(guān)于有極性和無(wú)極性電容爆炸的原因，及相關(guān)內容。
1、電解電容
電解電容是通過(guò)電解質(zhì)作用在電極上形成的氧化層作為絕緣層的電容，通常具有較大的容量。電解質(zhì)是液體、膠凍狀富含離子的物質(zhì)。大多數電解電容都是有極性的，也就是在工作時(shí)，電容的正極的電壓需要始終比負極電壓高。
電解電容的高容量也是犧牲了很多其它的特性換來(lái)的，比如具有較大的漏電流、較大的等效串聯(lián)電感和電阻、容值誤差較大、壽命短等。
除了有極性的電解電容之外，也有無(wú)極性的電解電容。在下圖中，就是有兩種1000uF，16V的電解電容，其中較大的是無(wú)極性，較小的是有極性的。
無(wú)極性和有極性電解電容
電解電容內部可能是液體電解質(zhì)或者固態(tài)聚合物，電極材料常用鋁（Aluminum）或者鉭（Tandalum）。下圖是常見(jiàn)到的有極性鋁電解電容內部的結構。兩層電極之間有一層浸有電解液的纖維紙，再加一層絕緣紙轉成圓柱形，密封在鋁制殼內。
電解電容內部結構
解剖開(kāi)電解電容，可以清楚的看到它的基本結構。為了防止電解液的蒸發(fā)和泄露，電容引腳部分使用了密封橡膠進(jìn)行固定。
圖中也顯示了有極性和無(wú)極性的電解電容的內部體積的差別，在同樣容量和耐壓等級下，無(wú)極性的電解電容比有極性大了一倍左右。
無(wú)極性和有極性電解電容內部結構
這樣的差別主要來(lái)自于兩種電容內部電極的面積出現了較大的差異。下圖左邊是無(wú)極性的電容電極，右邊是有極性的電極。除了面積差異之外，兩種電極厚度也有區別。有極性的電容電極厚度較薄。
電解電容鋁片不同的寬度
2、電容爆炸
當電容施加的電壓超過(guò)其耐壓時(shí)，或者對于有極性電解電容電壓極性加反時(shí)，都會(huì )引起電容漏電流急劇上升，造成電容內部熱量增加，電解液會(huì )產(chǎn)生大量的氣體。
為了防止電容爆炸，在電容外殼的頂部壓制有三條凹槽，這樣便于電容頂部在高壓下率先破裂，釋放內部的壓力。
電解電容頂部的爆破槽
但是，有的電容在制作過(guò)程中，頂部的凹槽壓制不合格，電容內部的壓力會(huì )使得電容底部的密封橡膠被彈出，此時(shí)電容內部的壓力突然釋放，就會(huì )形成爆炸。
1）無(wú)極性電解電容爆炸
下圖顯示了手邊一顆無(wú)極性電解電容，它的容量為1000uF，耐壓16V。在施加電壓超過(guò)18V之后，漏電流突然增加，電容內部的溫度和壓力增加。最終電容底部的橡膠密封圈炸開(kāi)，內部電極像爆米花一下被砸松散。
無(wú)極性電解電容過(guò)壓爆破
通過(guò)在電容上捆綁一個(gè)熱電偶，可以測量電容的溫度隨著(zhù)施加的電壓增加變化的過(guò)程。下圖顯示了無(wú)極性電容在電壓增加過(guò)程中，當施加的電壓超過(guò)耐壓值，內部溫度繼續增高的過(guò)程。
電壓與溫度之間的關(guān)系
下圖顯示了在同樣的過(guò)程中，流過(guò)電容的電流變化?？梢钥吹诫娏鞯脑黾邮窃斐蓛炔繙囟壬仙闹饕?。在這個(gè)過(guò)程中，電壓是成線(xiàn)性增加，隨著(zhù)電流急劇升高，供電電源內組使得電壓下降。最終當電流超過(guò)6A之后，隨著(zhù)一聲巨響，電容炸開(kāi)。
電壓與電流之間的關(guān)系
由于無(wú)極性的電解電容內部體積大，電解液多，所以在過(guò)流之后所產(chǎn)生的壓力巨大。導致外殼頂部的泄壓槽沒(méi)有破裂，而電容底部的密封橡膠被炸開(kāi)了。
2）有極性電解電容爆炸
對于有極性的電解電容，施加電壓。當電壓超過(guò)電容的耐壓時(shí)，漏電電流也會(huì )急劇上升，造成電容過(guò)熱爆炸。
下圖顯示有極限的電解電容，1000uF，16V。在過(guò)壓之后通過(guò)頂部泄壓槽釋放內部氣壓過(guò)程。因此就避免了電容爆炸過(guò)程。
極性電解電容過(guò)壓爆破
下圖顯示了電容的溫度隨著(zhù)施加電壓的增加變化的情況。當電壓逐步接近電容的耐壓后，電容的留點(diǎn)電流增加，內部的溫度繼續上升。
電壓與溫度之間的關(guān)系
下圖是電容的漏電電流變化情況。標稱(chēng)為16V耐壓的電解電容，在測試過(guò)程中，當電壓超過(guò)15V之后，電容的漏電便開(kāi)始急劇上升了。
電壓與電流之間的關(guān)系
通過(guò)前面兩個(gè)電解電容的實(shí)驗過(guò)程遭遇，也可以看到對于此類(lèi)1000uF普通電解電容耐壓限制情況。為了避免電容被高壓擊穿，因此在使用電解電容的時(shí)候，需要根據實(shí)際電壓波動(dòng)情況，留下足夠的余量。
3、電解電容串聯(lián)
在適當的情況下，可以通過(guò)并聯(lián)和串聯(lián)來(lái)分別獲得更大的電容容量和更大的電容耐壓。
過(guò)壓爆破之后的電解電容爆米花
在有些應用場(chǎng)合，施加在電容上的電壓是交流電壓，比如揚聲器的耦合電容，交流電相位補償，電機移相電容等，需要使用無(wú)極性的電解電容。
在 一些電容制造商給出的使用手冊上，也給出了使用傳統的有極性電容通過(guò)背對背的串聯(lián)，即將兩個(gè)電容的串聯(lián)在一起，但極性相反，來(lái)獲得無(wú)極性電容的效果。
過(guò)壓爆破之后的電解電容
下面對比一下有極性電容在施加正向電壓、反向電壓、兩個(gè)電解電容背對背串聯(lián)成無(wú)極性電容三種情況下，漏電流隨著(zhù)施加電壓增加變化情況。
1）正向電壓與漏電流
通過(guò)串聯(lián)一個(gè)電阻來(lái)測量流過(guò)電容的電流，在電解電容（1000uF，16V）的耐壓范圍內，從0V開(kāi)始逐步增加施加的電壓，測量對應的漏電電流與電壓之間的關(guān)系。
正極性串聯(lián)電容
下圖顯示了有極性鋁電解電容的漏電流與電壓之間的關(guān)系。這是一個(gè)非線(xiàn)性的關(guān)系。漏電電流在0.5mA以下。
正向串聯(lián)之后電壓電壓與電流之間的關(guān)系
2）反向電壓與漏電電流
使用同樣的電流測量施加方向電壓與電解電容漏電電流之間的關(guān)系。下圖可以看出，當施加的反向電壓超過(guò)了4V之后，漏電電流便開(kāi)始快速增加。通過(guò)后面的曲線(xiàn)斜率來(lái)看，反向的電解電容相當于一個(gè)阻值為1歐姆的電阻。
反向電壓電壓與電流之間的關(guān)系
3）背對背串聯(lián)的電容
將兩個(gè)相同的電解電容（1000uF，16V）背對背串聯(lián)在一起，形成一個(gè)無(wú)極性等效的電解電容。測量它們的電壓與漏電流之間的關(guān)系曲線(xiàn)。
正反極性串聯(lián)電容
下圖顯示了電容電壓與漏電流之間的關(guān)系。會(huì )看到在施加的電壓超過(guò)4V之后，漏電流會(huì )增加，電流幅值小于1.5mA。
不過(guò)這個(gè)測量結果的確有點(diǎn)令人感到意外。你會(huì )看到這兩個(gè)背對背串聯(lián)電容的漏電流居然大于單個(gè)電容正向施加電壓時(shí)漏電流。這的確令人感到奇怪。
正反向串聯(lián)之后電壓電壓與電流之間的關(guān)系
不過(guò)由于時(shí)間原因，對于這個(gè)現象后面沒(méi)有進(jìn)行重復測試。也許其中一個(gè)電容使用的是剛才反向電壓測試的電容，內部已經(jīng)有了損壞。所以才產(chǎn)生了上面的測試曲線(xiàn)。
（來(lái)源：TsinghuaJoking）
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