電解コンデンサの極性を逆にして『逆電圧』を印加するとどうなるの？

電解コンデンサの極性を間違えて逆にして使用したら、「プシュー」という音がして臭い匂いがしたという経験をしたことがあるでしょうか。

この記事では、電解コンデンサに『逆電圧』を印加した場合に生じる現象や、逆耐圧が低い理由や、逆耐圧の大きさ等を説明します。

まずアルミ電解コンデンサの電流-電圧特性から

上図はアルミ電解コンデンサに電圧を印加した時の電流-電圧特性の一例です。縦軸が漏れ電流[uA]、横軸が印加電圧[V]となっています。

上図より、アルミ電解コンデンサの極性に対して順電圧V_CFを印加した場合、順電圧V_CFが定格電圧を超えると漏れ電流I_CFが急激に大きくなります。一方、アルミ電解コンデンサの極性に対して逆電圧V_CRを印加すると、1～2V程度の低い逆電圧V_CRで大きな漏れ電流I_CRが流れていることが分かります。これより、アルミ電解コンデンサに逆電圧を印加することはNGというのが分かります。

補足

アルミ電解コンデンサに逆電圧を印加すると漏れ電流が増加するので、アルミ電解コンデンサは交流回路には使用できません。

電解コンデンサの極性を逆にして『逆電圧』を印加した場合

アルミ電解コンデンサに逆電圧を印加すると大きな漏れ電流が流れるほか、

コンデンサ容量の低下
損失角の正接(tanδ)の増加
防爆弁(圧力弁)の作動orコンデンサの破裂

が生じます。
これから各項目について説明します。

コンデンサ容量の低下

アルミ電解コンデンサに逆電圧を印加する(アルミ電解コンデンサの陰極部に電圧を印加する)と、漏れ電流が流れ、陰極箔と電解液中の水分が電気分解されます。この電気分解によって発生した酸素と陰極箔が反応し、陰極箔の表面に酸化皮膜が生成されます。陰極箔の表面に酸化皮膜が生成されたことによって、陰極箔の容量が低下します。コンデンサの容量は陽極箔と陰極箔の合成容量なので、コンデンサの容量が低下することになります。

損失角の正接(tanδ)の増加

アルミ電解コンデンサに逆電圧を印加する(アルミ電解コンデンサの陰極部に電圧を印加する)と、電解液が消費するため、損失角の正接(tanδ)が増加します。

補足

逆電圧が高いほど、コンデンサ周囲の温度が高いほど、電流密度が高いほど、静電容量の減少、損失角の増加、漏れ電流の増加となります。

防爆弁(圧力弁)の作動orコンデンサの破裂

アルミ電解コンデンサに逆電圧を印加する(アルミ電解コンデンサの陰極部に電圧を印加する)と、逆電圧V_CRと、漏れ電流I_CRによる電力損失(W=V_CR×I_CR)が発生し、コンデンサが発熱します。また、「コンデンサ容量の低下」で説明した陰極箔と電解液中の水分が電気分解によって、コンデンサ内部ではガスが発生します。

この発熱と電気分解によって発生したガスによって、コンデンサ内部の圧力が上昇し、アルミ電解コンデンサの防爆弁(圧力弁)が作動することがあります。防爆弁(圧力弁)がない場合にはコンデンサが破裂することがあります。

したがって、アルミ電解コンデンサの極性を逆に接続することや、逆電圧が印加されるような回路での使用は避けて下さい。

アルミ電解コンデンサの逆耐圧はどれくらいなのか？

アルミニウムは酸素に対して高い活性を持つ金属なので、空気中の酸素と反応し自然に酸化皮膜が形成されます。この酸化皮膜によって通常1V程度の耐圧を持っており、ダイオードの順方向電圧(約0.6V)の逆電圧には耐えることができます。本ページの冒頭のアルミ電解コンデンサに電圧を印加した時の電流―電圧特性においても逆電圧が1V以内の箇所では漏れ電流が激減しています。

なぜアルミ電解コンデンサは逆耐圧がないのか

アルミ電解コンデンサの陽極箔は、コンデンサの定格電圧に応じた耐圧を持たせるように、強制的に化成処理を行っています。しかし、陰極箔は耐圧を持たせる様な化成処理をしていないので耐圧がありません。

補足：逆耐圧使用の電解コンデンサ

極性が反転する回路には無極性アルミニウム電解コンデンサをご使用することを推奨します。