有极性、无极性电容爆炸的原因

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来源 | TsinghuaJoking

电子专业的学生，如果没见过电容爆炸，估计你学的是假电子专业。

今天，和大家分享一下有极性和无极性电容爆炸的原因及相关内容。

电解电容

电解电容器是由电解质作用在电极上形成的氧化层作为绝缘层的电容器，通常具有较大的容量。电解质是一种富含离子的液体和冻结物质。大多数电解电容器都是极性的，也就是说，在工作时，电容器的正电压总是高于负电压。

电解电容器的高容量也牺牲了许多其他特性，如漏电流大、等效串联电感和电阻大、容量误差大、寿命短等。

除极性电解电容外，还有无极性电解电容。下图中有两种1万种uF，16V电解电容，其中大的是无极性，小的是极性。

极性和极性电解电容

电解电容器可能是液体电解质或固体聚合物，铝通常用于电极材料（Aluminum）或者钽（Tandalum）。下图显示了极性铝电解电容器内部的常见结构。两个电极之间有一层浸有电解质的纤维纸，另一层绝缘纸变成圆柱形，密封在铝壳中。

内部结构的电解电容

通过解剖电解电容器，可以清楚地看到其基本结构。为防止电解液的蒸发和泄漏，电容引脚用密封橡胶固定。

图中还显示了极性和无极性电解电容器内部体积的差异。在相同的容量和耐压等级下，无极性电解电容器大约是极性的两倍。

电解电容性电解电容内部结构

这种差异主要来自于两电容器内部电极的面积。下图左侧为无极电容电极，右侧为极电极。除了面积差异，两个电极的厚度也不同。极性电容电极厚度较薄。

不同宽度的电解电容铝片

电容爆炸

当电容施加的电压超过其耐压性或极性电解电容电压极性反向时，电容泄漏电流会急剧上升，导致电容内部热量增加，电解质会产生大量气体。

为防止电容爆炸，电容外壳顶部有三个凹槽，便于电容顶部在高压下率先破裂，释放内部压力。

电解电容器顶部的爆破槽

然而，在一些电容器的生产过程中，顶部的凹槽压力不合格，电容器内部的压力会使电容器底部的密封橡胶弹出，然后电容器内部的压力突然释放，形成爆炸。

1.无极电解电容爆炸

下图显示了一个容量为1万的无极电解电容uF，耐压16V。施加电压超过18V之后漏电流突然增加，电容器内部温度和压力增加。最后，电容器底部的橡胶密封圈爆炸，内部电极像爆米花一样松动。

无极电解电容过压爆破

通过将热电偶绑在电容器上，可以测量电容器的温度随着电压的增加而变化的过程。下图显示了无极电容器在电压增加过程中，当电压超过耐压值时，内部温度继续升高。

电压与温度之间的关系

下图显示了流过电容器的电流在同一过程中的变化。可以看出，电流的增加是内部温度升高的主要原因。在此过程中，电压呈线性增加。随着电流的急剧增加，电源内部组降低了电压。最后，当电流超过6时A之后，电容随着一声巨响爆炸。

电压与电流之间的关系

由于无极电解电容器内部体积大，电解质多，过流后压力大。导致外壳顶部的泄压槽没有破裂，电容器底部的密封橡胶被炸开。

2.极性电解电容爆炸

对于极性电解电容施加电压。当电压超过电容器的耐压性时，漏电电流也会急剧上升，导致电容器过热爆炸。

下图显示了极限电解电容，1万uF，16V。内部气压过程通过顶部泄压槽释放。因此，避免了电容爆炸过程。

极性电解电容过压爆破

下图显示了电容器的温度随着电压的增加而变化。当电压逐渐接近电容器的耐压性时，电容器的留点电流增加，内部温度继续上升。

电压与温度之间的关系

下图是电容的漏电电流变化情况。标称为16V耐压的电解电容，在测试过程中，当电压超过15V之后，电容的漏电便开始急剧上升了。

电压与电流之间的关系

通过前面两个电解电容的实验过程遭遇，也可以看到对于此类1000uF普通电解电容耐压限制情况。为了避免电容被高压击穿，因此在使用电解电容的时候，需要根据实际电压波动情况，留下足够的余量。

这里分享一些电容爆炸的视频：

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