專利名稱：中高壓鋁電解電容器大功率高頻脈沖老練儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型公開一種電解電容器的老練儀特別是一種中高壓鋁電解電容器大功 率高頻脈沖老練儀。
背景技術(shù)：
電解電容器在制造過程中，由于切箔、刺鉚和卷繞等作業(yè)，對電極鋁箔上的化成氧 化膜所造成的損傷，僅靠電容器的自愈能力，難以完全修復(fù)。必須經(jīng)過老練這一工序，才能 保證產(chǎn)品的性能達到標(biāo)準要求，而且具有相當(dāng)穩(wěn)定性及均一性。老練工藝是鋁電解電容器 制造的關(guān)鍵工藝之一，它是以一定電壓或電流對電容器進行再化成處理，其作用是修補作 為電介質(zhì)的鋁氧化膜，以降低漏電流，保證電解電容器的性能與品質(zhì)達到標(biāo)準要求?；蓪?質(zhì)是一個電解過程，在電壓或電流的作用下，陽極鋁箔的Al3+與電解液中的水電離生成的 02_化合，在陽極生成氧化膜Al2O3，并同時在陰極上析出H2，氧化膜和H2的生成量符合法拉 第電解定律。但是，實際上老練工藝的耗電量遠遠大于理論計算出所需的電量，這就是說老 練工藝的通電并非時時有效的，根據(jù)電化學(xué)分析，化成時的電壓主要施加在氧化膜上，除界 面外，電解液中幾乎沒有電壓降，離子運動主要靠濃度差引起的濃度擴散?；蓵r陽極附近 的離子運動主要有(I)Al3+進入界面與02_化合生成Al2O3膜；⑵電解液中的水電離成H+ 及0Η_，0Η_再電離成02_ (提供上一反應(yīng)所需)和H+ ； (3) H2O電離成02_的同時，有2個H+生 成，因為PH值高低決定于H+濃度，因此陽極附近得pH值(<4)就會較低，顯酸性會影響氧 化膜的穩(wěn)固生成(穩(wěn)固生成需PH值為6 8)，必須由電解液中電解質(zhì)的負離子(己二酸、 癸二酸等的負離子根)來中和。Al3+進入界面由于有陽極電位的作用是不成問題的，二后 兩種在化成消耗后02_和電解質(zhì)負離子的及時補充，卻要靠他們自身的濃度差擴散來完成。 因為濃度差擴散速率要比在電場作用下的例子移動速率小得多，因此他們的擴散是影響效 率的重要因素。鋁電解電容器老練工藝分為傳統(tǒng)的連續(xù)直流法和脈沖法。目前國內(nèi)對鋁電 解電容器大都采用傳統(tǒng)的連續(xù)直流電壓(恒壓法)或電流(恒流法)對鋁電解電容器進行 老練的方法，或在中高壓采取分2 3個臺階電壓法，其效率低、效果差，老化時間長達十幾 個小時。造成生產(chǎn)周期長，設(shè)備多，占地面積大，成品率低。脈沖老練法時用一定頻率，一定 占空比的電壓或電流的單向方波脈沖，替代傳統(tǒng)的連續(xù)直流電壓或電流對鋁電解電容器進 行老練的方法，可大大縮短老練時間，但是，現(xiàn)有技術(shù)中的脈沖老練法都是采用矩形波電壓 的脈沖老練電源裝置，在矩形波的高電平期間(2 300秒)內(nèi)對鋁電解電容器充電，在矩 形波電壓的低電平期間(0.5 3秒)內(nèi)對鋁電解電容器放電，利用其對中高壓電容進行老 練，仍然沒有達到縮短老練時間的明顯效果。
發(fā)明內(nèi)容針對上述提到的現(xiàn)有技術(shù)中的傳統(tǒng)電容老練儀及老練方法對中高壓電解電容不 理想的缺點，本實用新型提供一種新的中高壓鋁電解電容的老練儀，其采用高頻脈沖對中 高壓鋁電解電容進行老練。
3[0004]本實用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是一種中高壓鋁電解電容器大功率 高頻脈沖老練儀，老練儀包括微處理模塊、電壓電流可控直流電源模塊(以下簡稱直流電 源模塊)和開關(guān)電路，微處理模塊輸出控制信號控制直流電源模塊工作，直流電源模塊工 作輸出電源給開關(guān)電路，微處理模塊控制開關(guān)電路輸出高頻脈沖。本實用新型解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案進一步還包括所述的老練儀中還包括檢測模塊，檢測模塊檢測直流電源模塊輸出的電壓，并輸 入給微處理模塊。所述的老練儀中還包括輸入裝置，輸入裝置通過編碼模塊輸入給微處理模塊，所 述的老練儀中還包括顯示模塊，微處理模塊輸出顯示信號驅(qū)動顯示模塊工作。所述的檢測模塊通過電阻將電源電壓降低到A/D集成電路需要的電壓，進行模數(shù) 轉(zhuǎn)換后輸入給微處理模塊。所述的直流電源模塊采用三相電壓電流可控直流電源模塊，微處理模塊輸出控制 信號給兩個D/A集成電路進行數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出電壓分別控制直流電源模塊的電壓和電流 使其工作。所述的開關(guān)電路采用大功率開關(guān)管IGBT，微處理模塊控制IGBT的通斷。所述的老練儀中還包括IGBT管壓降保護模塊，保護模塊連接在IGBT兩端，檢測 IGBT的壓降，并將結(jié)果輸入給微處理模塊。本實用新型的有益效果是采用本實用新型由于脈沖充電時段電流較大，溫升較 高及間歇時段的設(shè)立，有利于氧化膜組成離子向平衡位置過渡，形成形變、缺陷較少的氧化 膜。利用本實用新型對中高壓產(chǎn)品進行老練，可使中高壓電解電容的老練時間由15小時縮 短為5小時，縮短到普通法的1/3，而且，可使高溫老練時間從原來的4小時，縮短到1小時， 大大節(jié)約了用電量，可節(jié)約高壓產(chǎn)品的生產(chǎn)成本3 % 5 %。下面將結(jié)合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明。

圖1為本實用新型原理方框圖。圖2為本實用新型詳細原理框圖。圖3為本實用新型輸出波形原理圖。
具體實施方式
本實施例為本實用新型優(yōu)選實施方式，其他凡其原理和基本結(jié)構(gòu)與本實施例相同 或近似的，均在本實用新型保護范圍之內(nèi)。本實用新型中所指的高頻脈沖是指脈沖頻率在IHz以上的脈沖。請參看附圖1和 附圖2，本實用新型的核心模塊為一個微處理模塊和一個三相電壓電流可控直流電源模塊。 微處理模塊(本實施例中，微處理模塊采用單片機最小系統(tǒng))輸出控制信號分別經(jīng)過D/A 模塊進行數(shù)模轉(zhuǎn)換并放大后輸入給三相電壓電流可控直流電源模塊，控制三相電壓電流可 控直流電源模塊的輸出電壓和電流大小，本實施例中，三相電壓電流可控直流電源模塊采 用600V、20A開關(guān)電源模塊。該電源模塊輸出電壓給開關(guān)電路，本實施例中，開關(guān)電路采用 大功率開關(guān)管IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵雙極型晶體管)組成，微處理模塊輸出控制信號給IGBT驅(qū)動模塊，由驅(qū)動模塊驅(qū)動IGBT的通斷，由IGBT輸出高 頻脈沖方波。本實施例中，由微處理模塊控制IGBT管的通斷頻率，以及IGBT通和斷的時間 比，來控制IGBT輸出脈沖的頻率大小和占空比。IGBT上連接有管壓降保護模塊，本實施例 中，管壓降保護模塊采用分立元器件組成保護電路，通過IGBT的管壓降達未達到保護電路 的閾值，來判斷IGBT是否過流(短路)，并將檢測結(jié)果輸入給微處理模塊。當(dāng)過流(短路) 時，控制三相電壓電流可控直流電源模塊停止供電，以防止IGBT損壞。微處理模塊上連接 有鍵盤，作為輸入裝置，鍵盤通過編碼模塊后輸入給微處理模塊。微處理模塊上連接有數(shù)據(jù) 鎖存器，數(shù)據(jù)鎖存器上連接有LED燈顯示模塊，用來顯示本實用新型的工作狀態(tài)，同時數(shù)據(jù) 鎖存器上還連接有數(shù)碼管驅(qū)動模塊，數(shù)碼管驅(qū)動模塊驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示本實用新型的工 作狀態(tài)電流、電壓等。微處理模塊通過一個地址譯碼模塊，產(chǎn)生地址譯碼，控制數(shù)據(jù)鎖存器 導(dǎo)通LED燈顯示模塊還是LED數(shù)碼管。本實施例中，微處理模塊上還連接有RS-232模塊， 用于與上位機進行通訊。本實用新型中，由微處理模塊調(diào)節(jié)三相電壓電流可控直流電源模塊輸出電流和電 壓，可控制本實用新型中老練儀的工作電壓和工作電流，通過鍵盤可進行參數(shù)輸入，設(shè)定鋁 電解電容器的老練方式。本實用新型中，還包括老練過程的設(shè)定(恒流方式或自動升壓方式)、老練的電壓 電流參數(shù)(額定的老練電壓、限定的最大電流)、升壓時間(在自動升壓方式情況下)。在 恒流方式，微處理模塊以所限定的電流控制直流電源模塊和開關(guān)電路的通斷，提供脈沖電 流給鋁電解電容器，使之達到額定的老練電壓。在自動升壓方式，微處理模塊中的程序有 別于傳統(tǒng)的定壓或定流老練模式，按照設(shè)定的額定老練電壓、限定的最大電流、升壓時間， 形成電壓電流控制過程，控制直流電源模塊和開關(guān)電路提供給鋁電解電容器相應(yīng)的脈沖頻 率、占空比的電壓和電流。在實際使用上，如果所老練的電容器可以不超過限定的最大電 流(依賴電容器數(shù)量和尺寸規(guī)格)，則該老練儀輸出給電容器的電壓以逐漸上升方式到達 額定的老練電壓。如果老練的電流超過限定的最大電流，則老練出現(xiàn)兩個階段，在升壓的前 段，隨著電壓的上升，電流逐漸加大，直到限定的最大電流；轉(zhuǎn)入升壓的后段為恒流方式，保 持這個電流，使輸出的電壓繼續(xù)上升到電容器上的電壓到達額定的老練電壓，轉(zhuǎn)入恒壓方 式。在整個老練階段，微處理模塊監(jiān)控著直流電源模塊的電壓和過流(短路)，如有短 路則控制直流電源模塊的輸出，使輸出的電壓和電流為零，等待3分鐘(排除故障)后繼續(xù) 完成所設(shè)定的老練過程。本實用新型的老練過程和方法為采用老練儀輸出頻率為1 10000Hz (本實施例 中優(yōu)選為5000Hz由老練者自行選擇)，占空比為0. 3 0. 8 (由老練者自行選擇本實施例中 優(yōu)選為0.6)的高頻脈沖(請參看附圖3)對電解電容器進行老練，老練儀輸出電壓可設(shè)定 為0 600V(根據(jù)具體老練的電解電容器設(shè)定)，電流為0 20A。老練過程為先在室溫下 利用1. 5-2. 5小時，將老練電壓由OV升至設(shè)定輸出電壓對鋁電解電容器進行老練，即此過 程優(yōu)選的持續(xù)時間為1. 5 2. 5小時，然后在85°C _115°C的高溫下保持設(shè)定輸出電壓對鋁 電解電容器老練1. 0小時，然后再降溫至室溫保持設(shè)定輸出電壓對鋁電解電容器老練0. 5 小時。本實用新型輸出為高頻脈沖波形其輸出的電流有效值為
5[0023] 本實用新型利用高頻脈沖對鋁電解電容進行老練，脈沖老練是通電加熱，間歇冷 卻相互交替的過程，熱積累小，因而允許加較大的電流、電壓，脈沖設(shè)置間歇時段，提高了修 補氧化膜的電化學(xué)反應(yīng)效率。在脈沖間歇時段，由于修補氧化膜所必須的O2-及羧酸負離子 能及時得到擴散補充，才能保證下一輪脈沖通電氧化膜高效修補，同時這個間歇時段，也有 利于鋁箔腐蝕微孔中的氣泡向孔外逸出，保證電解液與氧化膜的良好接觸，以保證氧化膜 修補的有效進行，避免或減少無效通電，從而縮短老練時間。脈沖通電時段由于電流或電壓 較大，此時溫度也高，提高了修補氧化膜的速度與效率。由于離子在液體或固體中的擴散與 遷移速率，受溫度影響很大，溫度越高速率越快，而氧化膜的生長速率又決定于Al3+和O2—在 氧化膜中的擴散與遷移，02_和羧酸負離子的補充速度決定于他們在電解液中的擴散與遷 移，因此，溫度高不僅有利于前二個的提速，而且也有利于氣泡從微空中逸出，從而提高氧 化膜修復(fù)的速度與效率。經(jīng)本實用新型老練后的鋁電解電容的參數(shù)檢測試驗如下表一兩種老練方法下的400V鋁電解電容器105°C 1000小時負荷壽命試驗 表二 兩種老練方法下的400V鋁電解電容器105°C 1000小時存貯壽命試驗 表三兩種老練方法下的400V鋁電解電容器105°C高溫漏電流對比實驗 上述表中的數(shù)據(jù)表明壽命試驗的結(jié)果，本實用新型老練后與傳統(tǒng)工藝老練后的鋁 電解電容器都能滿足105 °C要求。采用本實用新型由于脈沖充電時段電流較大，溫升較高及間歇時段的設(shè)立，有利
于氧化膜組成離子向平衡位置過渡，形成形變、缺陷較少的氧化膜。利用本實用新型對高壓產(chǎn)品進行老練，可使高壓電解電容的老練時間由15小時縮短為5小時，縮短到普通法的 1/3，而且，可使高溫老練時間從原來的4小時，縮短到1小時，大大節(jié)約了用電量，可節(jié)約高 壓產(chǎn)品的生產(chǎn)成本3 % 5 %。
權(quán)利要求一種中高壓鋁電解電容器大功率高頻脈沖老練儀，其特征是所述的老練儀包括微處理模塊、電壓電流可控直流電源模塊和開關(guān)電路，微處理模塊輸出控制信號控制電壓電流可控直流電源模塊工作，電壓電流可控直流電源模塊工作輸出電源給開關(guān)電路，微處理模塊控制開關(guān)電路輸出高頻脈沖。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中高壓鋁電解電容器大功率高頻脈沖老練儀，其特征是所 述的老練儀中還包括檢測模塊，檢測模塊檢測直流電源模塊輸出的電壓，并輸入給微處理 模塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中高壓鋁電解電容器大功率高頻脈沖老練儀，其特征是所 述的老練儀中還包括輸入裝置，輸入裝置通過編碼模塊輸入給微處理模塊，所述的老練儀 中還包括顯示模塊，微處理模塊輸出顯示信號驅(qū)動顯示模塊工作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的中高壓鋁電解電容器大功率高頻脈沖老練儀，其特征是所 述的檢測模塊通過電阻將電源電壓降低到A/D集成電路需要的電壓，進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入 給微處理模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的中高壓鋁電解電容器大功率高頻脈沖老練 儀，其特征是所述的直流電源模塊采用三相電壓電流可控直流電源模塊，微處理模塊輸出 控制信號給兩個D/A集成電路進行數(shù)模轉(zhuǎn)換后輸出電壓分別控制直流電源模塊的電壓和 電流使其工作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的中高壓鋁電解電容器大功率高頻脈沖老練 儀，其特征是所述的開關(guān)電路采用大功率開關(guān)管IGBT，微處理模塊控制IGBT的通斷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的中高壓鋁電解電容器大功率高頻脈沖老練儀，其特征是所 述的老練儀中還包括IGBT管壓降保護模塊，保護模塊連接在IGBT兩端，檢測IGBT的壓降， 并將結(jié)果輸入給微處理模塊。
專利摘要一種中高壓鋁電解電容器大功率高頻脈沖老練儀，老練儀包括微處理模塊、電壓電流可控直流電源模塊和開關(guān)電路，微處理模塊輸出控制信號控制電壓電流可控直流電源模塊工作，電壓電流可控直流電源模塊工作輸出電源給開關(guān)電路，微處理模塊控制開關(guān)電路輸出高頻脈沖。老練儀輸出頻率為1～10000Hz，占空比為0.3～0.8的高頻脈沖對電解電容器進行老練，老練過程為利用1.5～2.5小時，在室溫下將老練電壓階梯升壓至設(shè)定輸出電壓對鋁電解電容器進行老練，然后在85℃-115℃保持設(shè)定輸出電壓對鋁電解電容器老練1.0小時，然后再降溫至室溫保持設(shè)定輸出電壓對鋁電解電容器老練0.5小時。
文檔編號G01R31/00GK201654151SQ20102016448
公開日2010年11月24日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月20日
發(fā)明者王德全 申請人:深圳中元電子有限公司