液体铝电容（1）——结构、等效电路与封装

铝电解电容是一种常见的电解电容器，常用于电子电路中。相较于其他电容器。铝电容虽然存在极性、损耗高、应用温度范围相对较窄等缺点，但是其容量密度大、成本低、且具有自修复能力，因此在电源滤波、能量存储等领域中都有广泛应用。其结构如图1所示。

图1 电解电容器结构示意图

由图1可知，铝电解电容器的芯包是由阳极箔、阴极箔、电解纸重叠卷绕而成，芯包用胶带固定后装入铝壳中，并使用橡胶塞密封。

电容的容量计算公式如下所示：

其中，ε是相对介电常数，s为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量。由公式可知，要想获得更大的电容量，可以采取提高介电常数及电极面积或减小极板的距离等方式。所以，铝电解电容器的阳极箔和阴极箔都会经过腐蚀以扩大其表面积，并且使用电解质作为实际的负极，可以使腐蚀所扩大的面积得到充分利用（电解质可以深入到腐蚀孔洞中，使得极板的正对面积远大于阳极箔、阴极箔的表观表面积），从而极大地扩大了铝电容的有效面积，大大提升了铝电容的容量。另外，阳极箔会通过阳极氧化的方式，在经过腐蚀的铝箔表面生成一层氧化膜作为介质层，其厚度正比于阳极氧化时所加的电压，介质层的厚度较薄且可以人为精确控制，也可以很好地平衡容量与耐压的关系。阳极箔、阴极箔通过引线引出作为正负极引脚，阴极箔在这只起到给电解质提供电气连接的作用。根据电解质种类的不同，铝电解电容分为液体、固体及固液混合三种类型，本文将主要对铝液体铝电容进行讨论。 

等效电路

图2 铝电容的等效电路

铝电解电容的等效电路如图2所示，CA、CC表示阳极箔、阴极箔的电容量，因为阳极箔和阴极箔都经过腐蚀扩面，其比容很高，但是阴极箔一般无需化成，所以其表面的氧化膜非常薄，根据电容量的计算公式，阴极箔的容量要远大于阳极箔，而电容串联时，其总体容量大小由下式决定：

故铝电容的总体容量主要由阳极箔决定，但是对低压电容来说，由于阳极箔也比较薄，所以提升阴极箔容量对提升整体容量也有所帮助。DA、DC两个二极管表征Al₂O₃的单向导电性，这一点在后文讨论阀金属时再详细展开。LA、LC为引脚电感，而ESR则由电解液、电解质、Al₂O₃同时决定。

电解电容的封装 

铝电解电容器的封装形式多样，其封装如图3所示。最早的是轴向电容，引脚从电容两端出线，这种电容安装相对牢固，但制造麻烦、占用面积较大，不利于整机的小型化。为降低成本，同向引线的电容被开发出来。其引线长度更短，且只需要单侧密封，更便于大批量生产，在成本上具有优势。随着技术的发展，电容一方面朝着小型化方向发展，另一方面朝着大容量方向进步。小型化的电容为适应SMT生产的需要，发展出了贴片式封装的形式。而针对大容量的电容，为了将其牢牢固定在PCB板上，需要引脚比较结实且有较大的通流能力，这就发展出了牛角形封装。其引脚为弯曲形状，可卡在PCB板上，方便焊接。当体积进一步增大时，则需要用更多的引脚或使用螺栓式电容器，其安装需要一个卡环，通过螺丝拧紧进行固定。

图3 电解电容器的不同封装形式