影響電解電容壽命的因素

影響電解電容壽命的因素1電解電容廣泛應(yīng)用在電力電子的不同領(lǐng)域，主要是用于平滑、儲存能量或者交流電壓整流后的濾波，另外還用于非精密的時序延時等。在開關(guān)電源的MTBF預(yù)計(jì)時，模型分析結(jié)果表明電解電容是影響開關(guān)電源壽命的主要因素，因此了解、影響電容壽命的因素非常重要。電解電容的壽命取決于其內(nèi)部溫度。因此，電解電容的設(shè)計(jì)和應(yīng)用條件都會影響到電解電容的壽命。從設(shè)計(jì)角度，電解電容的設(shè)計(jì)方法、材料、加工工藝決定了電容的壽命和穩(wěn)定性。而對應(yīng)用者來講，使用電壓、紋波電流、開關(guān)頻率、安裝形式、散熱方式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，電容溫升（焊接溫度，環(huán)境溫度，交流紋波），過高的電壓，瞬時電壓，甚高頻或反偏壓；其中溫升是對電解電容工作壽命(Lop)影響最大的因素。電容的導(dǎo)電能力由電解液的電離能力和粘度決定。當(dāng)溫度降低時，電解液粘度增加，因而離子移動性和導(dǎo)電能力降低。當(dāng)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(fā)，當(dāng)電解液的量減少到一定極限時，電容壽命也就終止了。在高寒地區(qū)（一般－25℃以下）工作時，就需要進(jìn)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(qū)都配有加熱板。電容器在過壓狀態(tài)下容易被擊穿，而實(shí)際應(yīng)用中的浪涌電壓和瞬時高電壓是經(jīng)常出現(xiàn)的。尤其我國幅員遼闊，各地電網(wǎng)復(fù)雜，因此，交流電網(wǎng)很復(fù)雜，經(jīng)常會出現(xiàn)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范圍。經(jīng)測試表明，常用的450V/470uF105℃的進(jìn)口普通2000小時電解電容，在額定電壓的1.34倍電壓下，2小時后電容會出現(xiàn)漏液冒氣，頂部沖開。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，與電網(wǎng)接近的通信開關(guān)電源PFC輸出電解電容的失效，主要是由于電網(wǎng)浪涌和高壓損壞。電解電容的電壓選擇一般進(jìn)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(shù)級的關(guān)系。因使用非固態(tài)電解液，電解電容的壽命還取決于電解液的蒸發(fā)速度，由此導(dǎo)致的電氣性能降低。這些參數(shù)包括電容的容值，漏電流和等效串聯(lián)電阻（ESR）。

參考RIFA公司預(yù)計(jì)壽命的公式：

PLOSS=(IRMS)瞲ESR（1）

Th=Ta+PLOSSxRth（2）

Lop=Ax2Hours（3）

B=參考溫度值（典型值為85℃）

A=參考溫度下的電容壽命（根據(jù)電容器直徑的不同而變化）

C=導(dǎo)致電容壽命減少一半所需的溫升度數(shù)

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(lián)電阻值（ESR）、環(huán)境溫度（Ta）、從熱點(diǎn)傳遞到周圍環(huán)境的總的熱阻（Rth）。電容內(nèi)部溫度最高的點(diǎn)，叫熱點(diǎn)溫度（Th）。熱點(diǎn)溫度值是影響電容工作壽命的主要因素。而下列因素又決定了熱點(diǎn)溫度值實(shí)際應(yīng)用中的外界溫度（環(huán)境溫度Ta）,從熱點(diǎn)傳遞到周圍環(huán)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(nèi)部溫升與能量損耗成線形關(guān)系。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(zhì)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(dǎo)致的結(jié)果是電容內(nèi)部溫度升高。3.1、設(shè)計(jì)上考慮因素在非固態(tài)電解液的電容里，電介質(zhì)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。3.頻率的影響

若電流由基頻和多次諧波構(gòu)成，則須計(jì)算每次諧波產(chǎn)生的功率損耗值，并將計(jì)算結(jié)果相加以求得總損耗值。

在高頻應(yīng)用中，電容兩端引線應(yīng)盡量短以減小等效電感。電容的諧振頻率(fR)，因電容器種類不同而不同。對于焊片式和螺栓連接式鋁電解電容，諧振頻率在1.5k