影響電解電容壽命的因素|康富松電解電容壽命解說

2018年04月19日

電解電容廣泛應用在電力電子的不同領域,主要是用於平滑、儲存能量或者交流電壓整流後的濾波,另外還用於非精密的時序延時等。在開關電源的MTBF預計時,模型分析結果表明電解電容是影響開關電源壽命的主要因素,囙此瞭解、影響電容壽命的因素非常重要。
電解電容的壽命取決於其內部溫度。囙此,電解電容的設計和應用條件都會影響到電解電容的壽命。從設計角度,電解電容的設計方法、資料、加工工藝决定了電容的壽命和穩定性。而對應用者來講,使用電壓、紋波電流、開關頻率、安裝形式、散熱管道等都影響電解電容的壽命。
2電解電容的非正常失效
一些因素會引起電解電容失效,如極低的溫度,電容溫昇(焊接溫度,環境溫度,交流紋波),過高的電壓,暫態電壓,甚高頻或反偏壓;其中溫昇是對電解電容工作壽命(Lop)影響最大的因素。
電容的導電能力由電解液的電離能力和粘度决定。當溫度降低時,電解液粘度新增,因而離子移動性和導電能力降低。當電解液冷凍時,離子移動能力非常低以致非常高的電阻。相反,過高的熱量將加速電解液蒸發,當電解液的量减少到一定極限時,電容壽命也就終止了。在高寒地區(一般-25℃以下)工作時,就需要進行加熱,保證電解電容的正常工作溫度。如室外型UPS,在我國東北地區都配有加熱板。
電容器在過壓狀態下容易被擊穿,而實際應用中的浪湧電壓和暫態高電壓是經常出現的。尤其我國幅員遼闊,各地電網複雜,囙此,交流電網很複雜,經常會出現超出正常電壓的30%,尤其是單相輸入,相偏會加重交流輸入的正常範圍。經測試表明,常用的450V/470uF 105℃的進口普通2000小時電解電容,在額定電壓的1.34倍電壓下,2小時後電容會出現漏液冒氣,頂部衝開。根據統計和分析,與電網接近的通信開關電源PFC輸出電解電容的失效,主要是由於電網浪湧和高壓損壞。電解電容的電壓選擇一般進行二級降額,降到額定值的80%使用較為合理。
3壽命影響因素分析
除了非正常的失效,電解電容的壽命與溫度有指數級的關係。因使用非固態電解液,電解電容的壽命還取決於電解液的蒸發速度,由此導致的電力效能降低。這些參數包括電容的容值,漏電流和等效串聯電阻(ESR)。
參攷RIFA公司預計壽命的公式:
PLOSS =(IRMS)²x ESR(1)
Th = Ta + PLOSS x Rth(2)
Lop = A x 2 Hours(3)
B =參攷溫度值(典型值為85℃)
A =參攷溫度下的電容壽命(根據電容器直徑的不同而變化)
C =導致電容壽命减少一半所需的溫昇度數
從上面的公式中,我們可以明顯的看到,影響電解電容壽命的幾個直接因素:紋波電流(IRMS)和等效串聯電阻值(ESR)、環境溫度(Ta)、從熱點傳遞到周圍環境的總的熱阻(Rth)。電容內部溫度最高的點,叫熱點溫度(Th)。熱點溫度值是影響電容工作壽命的主要因素。而下列因素又决定了熱點溫度值實際應用中的外界溫度(環境溫度Ta),從熱點傳遞到周圍環境的總的熱阻(Rth)和由交流電流引起的能量損耗(PLOSS)。電容的內部溫昇與能量損耗成線形關係。
電容充放電時,電流在流過電阻時會引起能量損耗,電壓的變化在通過電介質時也會引起能量損耗,再加上漏電流造成的能量損耗,所有的這些損耗導致的結果是電容內部溫度升高。
3.1、設計上考慮因素
在非固態電解液的電容裏,電介質為陽極鋁箔氧化層。電解液作為陰極鋁箔和陽極鋁箔氧化層之間的電接觸。吸收電解液的紙介層成為陰極鋁箔與陽極鋁箔之間的隔離層,鋁箔通過電極引接片連接到電容的終端。

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