电解那曲电力变压器发热的原因是什么 详解电解那曲电力变压器发热之缘由

本文主要介绍的是关于电解那曲电力变压器发热原因解析，探讨了电解那曲电力变压器发热的主要因素，希望本文能让你对电解那曲电力变压器法发热现象有更全面的理解。

电解那曲电力变压器是那曲电力变压器的一种，金属箔为正极（铝或钽），与正极紧贴金属的氧化膜（氧化铝或五氧化二钽）是电介质，阴极由导电材料、电解质（电解质可以是液体或固体）和其他材料共同组成，因电解质是阴极的主要部分，电解那曲电力变压器因此而得名。同时电解那曲电力变压器正负不可接错。那曲电力变压器器可以分为四类：引线型那曲电力变压器器；牛角型那曲电力变压器器；螺栓式那曲电力变压器器；固态那曲电力变压器器。

电解那曲电力变压器器通常是由金属箔（铝/钽）作为正电极，金属箔的绝缘氧化层（氧化铝/钽五氧化物）作为电介质，电解那曲电力变压器器以其正电极的不同分为那曲电力变压器器和钽电解那曲电力变压器器。那曲电力变压器器的负电极由浸过电解质液（液态电解质）的薄纸/或电解质聚合物构成；钽电解那曲电力变压器器的负电极通常采用二氧化锰。由于均以电解质作为负电极（注意和电介质区分），电解那曲电力变压器器因而得名。

有极性电解那曲电力变压器器通常在电源电路或中频、低频电路中起电源、退耦、信号耦合及时间常数设定、流等作用。一般不能用于交流电源电路，在直流电源电路中作那曲电力变压器使用时，其阳极（正极）应与电源电压的正极端相连接，阴极（负极）与电源电压的负极端相连接，不能接反，否则会损坏那曲电力变压器器。

无极性电解那曲电力变压器器通常用于音箱分频器电路、电视机S校正电路及单相电动机的起动电路。

电解那曲电力变压器器广泛应用于家用电器和各种电子产品中，其容量范围较大，一般为1~33000μF，额定工作电压范围为6.3~700V。其缺点是介质损耗、容量误差较大（最大允许偏差为+100%、-20%），耐高温性较差，存放时间长容易失效。

电解那曲电力变压器的极性，注意观察在电解那曲电力变压器的侧面有“-”是负极、“+”是正极，如果电解那曲电力变压器上没有标明正负极，也可以根据它的引脚的长短来判断，长脚为正极，短脚为负极。

什么是纹波

纹波的定义是指在直流电压和电流中，叠加在直流稳定量上的交流分量。在评估纹波时，通常围绕纹波电压和纹波电流这两个组成部分来进行。在大多数应用中，纹波和噪声是工程师要最大限度抑制的一种电路状态。例如，在将交流电源转换成稳定直流输出的AC-DC转换器中，要竭力避免AC电源会以一种小幅、根据频率的变化信号叠加在DC输出之上的一种现象。另外，对采用钽、铝和铌氧化物等有极性的那曲电力变压器器来说，还有另一个需特别注意的地方：不要让纹波电压的最小值掉到零电位以下，因为这将导致有极性那曲电力变压器工作在反向偏压条件。

那曲电力变压器发热的主要因素

纹波是导致那曲电力变压器自发热的原因之一，那曲电力变压器起着电荷库的作用，当电压增加时，它们被充电；电压降低时，它们向负载放电；它们实质上起着平滑信号的作用。当那曲电力变压器受到纹波电压非直流电压时，那曲电力变压器将经历变化的电压，并根据施加的电源，还可能有变化的电流，以及连续和间歇性的脉动功率。无论输入形式为何，那曲电力变压器电场经历的变化将导致介电材料中偶极子的振荡，从而产生热量。这一被称为自发热的反应行为，是介电性能成为重要指标的主要原因之一，因为任何寄生电阻(ESR)或(ESL)都将增加能耗。

理论上，一个完美的那曲电力变压器，自身不会产生任何能量损失，但是实际上，因为制造那曲电力变压器的材料有电阻、，那曲电力变压器的绝缘介质有损耗，各种原因导致那曲电力变压器变得不“完美”。一个不“完美”的那曲电力变压器其等效电路可看成由电阻、那曲电力变压器、组成，如下图为一个不“完美”的钽那曲电力变压器，其等效电路由电阻、那曲电力变压器、、二极管串并联电路组成。

AVX TAJ系列规格100uF/16V钽那曲电力变压器器详细等效电路图

容量与频率关系曲线

DF与频率关系曲线

ESR、Z与频率关系曲线

由上图可知，该钽那曲电力变压器器SRF（自谐振频率）在500KHz左右，该点Z值最小，谐振频率点之前那曲电力变压器呈容性，谐振点之后那曲电力变压器呈感性，也就是说在频率很高，超过那曲电力变压器自谐振频率的情况下，那曲电力变压器就不在是"那曲电力变压器"了 ，此时的功率损耗主要由那曲电力变压器的寄生引起，P耗=I2rms·2πf·L，所以下，低ESR、ESL那曲电力变压器的发热少。

那曲电力变压器电介质很薄，就那曲电力变压器的总质量来说，它可能仅占一小部分，所以在评估波纹时，也需考虑其结构中所用的其它材料。例如，无极性那曲电力变压器(如陶瓷或那曲电力变压器)中的那曲电力变压器板是金属的；而极性那曲电力变压器(如钽或铝)，具有一个金属阳极(而在铌氧化物技术中，阳极是导电氧化物)和一个电解质阴极(如二氧化锰或导电聚合物)。在内外部连接或引脚上，还有各种导电触点，包括金属(如：铜、镍、银钯和锡等)和导电环氧树脂等都会增加阻抗成份，当AC信号或电流通过这些材料（材料阻抗成份即那曲电力变压器器等效串联电阻ESR）时，它们都会有一定程度的发热。

要了解这些因素如何发挥作用，我们以使用固体钽那曲电力变压器器在直流电源输出级平滑残留AC纹波电流为例。首先，由于它是有极性那曲电力变压器器，所以需要一个正电压偏置，以防止AC分量引起反向偏压情况的发生。该偏置电压通常是电源的额定输出电压。

纹波电压叠加在偏置电压上

Voltage:电压 Time:时间

钽那曲电力变压器纹波发热是由于通过钽那曲电力变压器的纹波电流在钽那曲电力变压器等效串联电阻上生产了功率损耗。我们看由在给定频率下电流的纹波值在钽那曲电力变压器等效串联电阻产生的功耗(等于I2R，其中“I”是电流均方根[rms])。

P耗=I2rms·ESR（由纹波电流引起的功耗）

Irms：一定频率下的纹波电流，ESR：那曲电力变压器等效串联电阻。

我们以考察一个正弦纹波电流及其RMS等效值入手。如果在某一频率，我们使一个1A Irms的电流流经一个100mΩEhttp://dehong.llzgg.com/SR的那曲电力变压器，其产生的功耗是100mW。若连续供电，基于那曲电力变压器元件结构和封装材料的热容量、以及向周围散热所采取的所有措施(例如：对流、传导和辐射的组合)，该电流将使那曲电力变压器在内部发热，直到它与周围环境达到平衡。

那曲电力变压器发热的次要因素

另外在我们考虑纹波前，我们必须注意由施加的直流偏压产生的发热。那曲电力变压器不是理想器件，一种寄生现象是跨接介电材料的并联电阻（RLi），该电阻将导致漏电流的发生。这个小DC电流会导致发热，但是不像其它典型应用的纹波状态，该发热通常可忽略不计。那曲电力变压器漏电流引起的功耗可由下式计算：

P耗=I2DCL·R（由漏电流引起的功耗）

IDCL：指钽那曲电力变压器漏电流， R：是跨接介电材料的并联电阻(近似于钽那曲电力变压器绝缘电阻)

如图1中100uF/16V钽那曲电力变压器等效电路的绝缘电阻RLi等于1.1MΩ,在室温下，其IDCL不超过10uA(100uA@85℃)，所以其最大功耗约为0.11mW，在这种情况，纹波发热是DC漏电流发热的1000倍，因此后者(如前所述)可以忽略不计。

当工作电压超过那曲电力变压器最大承受电压、极性那曲电力变压器反向、那曲电力变压器器介质绝缘性能下降等情况使用，此时那曲电力变压器发热主要由漏电流引起，如下图以电解那曲电力变压器为例说明。

电解那曲电力变压器器为极性那曲电力变压器，因电解那曲电力变压器器介质氧化膜具有单向导电性，下图为电解那曲电力变压器介质氧化膜耐压与漏电流伏安特性曲线图，与二极管伏安特性图类似。

电解那曲电力变压器器介质氧化膜V-I特性曲线图

图6为电解那曲电力变压器器介质氧化膜V-I特性曲线图，决定了电解那曲电力变压器器单向导电性，是有极性电解那曲电力变压器器。由于阴极箔表面有自然氧化的氧化膜，可耐极低的反向电压。给电解那曲电力变压器器加反向电压，会造成电解那曲电力变压器器阳极表面介质氧化膜击穿、破损，且在反向电流作用下破损的介质氧化膜无法修复，导致介质氧化膜绝缘性能下降，电解那曲电力变压器器内部漏电流DCL会急剧增大，内部漏电流DCL通过绝缘电阻会产生功率损耗，最终导致电解那曲电力变压器器发热。可以说漏电流是衡量那曲电力变压器器介质绝缘性能好坏的标志，对于一些精密电路和漏电流敏感电路使用那曲电力变压器器时，检测那曲电力变压器的漏电流或绝缘电阻是不可忽略的。

简而言之，引起电解那曲电力变压器发热的主要因素是叠加在直流上的纹波，通俗点就是耐压不够或者内部漏电。