电解电容的失效机理、寿命推算和防范质量陷阱

电过程中，由于滤波电感释放储能到滤波电容器中，导致滤波电容器的过瞬时过电压。

上电过电压示意

电容过电压失效的防范

电容器在过压状态下容易被击穿，而实际应用中的瞬时高电压是经常出现的。

选择承受瞬时过电压性能好的铝电解电容器，RIFA有的铝电解电容器就给出了瞬时过电压值得参数。

电解液干涸是铝电解电容器失效的最主要原因

电解液干涸的原因

电解液自然挥发

电解液的消耗

电解液自然挥发

电解液的挥发速度随温度的升高

电解液的挥发速度与电容器的密封质量有关，无论在高温还是在低温条件下都要有良好的密封性

电解液的消耗

漏电流所引起的电化学效应消耗电解液

铝电解电容器的寿命随漏电流增加而减少

漏电流随温度的升高而增加：25℃时漏电流仅仅是85℃时漏电流的不到十分之一漏电流随施加电压升高而增加：耐压为400V的铝电解电容器在额定电压下的漏电流大约是90%额定电压下的漏电流的5倍。

电解液干涸的时间就是铝电解电容器的寿命

影响铝电解电容器寿命的的因素（温度1）

根据铝电解电容器的电解液的不同，铝电解电容器的最高工作温度可分为：

一般用途：85℃

一般高温用途：105℃

特殊高温用途：125℃

汽车发动机舱：140~150℃

影响铝电解电容器寿命的的因素（额定寿命小时数）

按寿命小时数铝电解电容器可以分为：

一般用途（常温，3年以内）：1000小时

一般用途（常温，希望比较长的时间）：2000小时以上

工业级：更长的寿命小时数

影响铝电解电容器寿命的的因素（温度2）

温度每升高10℃，寿命小时数减半

影响铝电解电容器寿命的的因素（电解液）

电解液的多与寡决定铝电解电容器的寿命

影响铝电解电容器寿命的的因素（应用条件）

高温缩短铝电解电容器寿命

高纹波电流缩短铝电解电容器寿命

工作电压过高缩短铝电解电容器寿命

影响铝电解电容器寿命的参数与应用条件

工作电压与漏电流的关系

工作电压与漏电流的关系

某公司生产的450V/4700μF/85℃铝电解电容器的漏电流与施加电压的关系

温度与漏电流的关系

某公司生产的450V/4700μF/85℃铝电解电容器的漏电流与环境温度的关系

温度、电压、纹波电流共同作用对寿命的影响

以某电子镇流器用铝电解电容器为例。

在不同的电压与温度条件下的铝电解电容器寿命不同

某电子镇流器用铝电解电容器降额寿命特性

某电子镇流器用铝电解电容器的过电压寿命特性

铝电解电容器的寿命与温度、纹波电流的关系

三、铝电解电容器寿命电容推算方法

简单寿命推算

根据ESR、热阻、纹波电流推算寿命

根据温度、纹波电流与寿命的关系推算寿命

简单寿命推算方法1

不含有纹波电流工作状态的铝电解电容器的推算：基本依据为"10℃法则"，即环境温度每上升10℃寿命减半，反之亦然，这个"10℃法则"是在零纹波电流条件下适用。在铝电解电容器流过比较大的纹波电流时不一定适用。

简单寿命推算方法2

国产某些品牌铝电解电容器推荐的方法

日本品牌铝电解电容器推荐的方法

基本思路

在额定电压下，铝电解电容器的寿命可以由以下公式计算。

其中，L和L0分别为：实际环境温度T时的寿命和额定最高温度T0时的寿命。可以看到，铝电解电容器的使用寿命随温度下降每10℃，寿命增加一倍，即所谓10℃法则。因此，无论是使用还是存储，铝电解电容器均应在尽量低的环境温度下为好。例如85℃/1000小时的铝电解电容器在45℃使得实际寿命为{{16000:0}}小时，折合为1年零10个月；29℃时为{{48000:0}}小时，折合为5年零6个月；而1000小时折合为42天。可以看到，降低温度对延长铝电解电容器寿命的重要性。

图解计算

存在的问题

上述三种推算方法仅适用于存储状态和无纹波电流（很小纹波电流）的工作状态（如隔直电容、小信号电路的旁路电容）。对于明显含有纹波电流的工作条件时，上述方法不一定适用，这时应将纹波电流的效应考虑在应用条件中。

考虑纹波电流时的寿命推算方法

铝电解电容器的发热由于内部等效串连电阻（ESR）引起，其产生的损耗为：

  （5.16）

其中I和R（ESR）分别为：纹波电流（A）和等效串联电阻（Ω）。由于发热引起的温升为：

     （5.17）

其中△T、I、A、R（ESR）、H分别为：电容器中心的温升（℃）、纹波电流(A)、电容器的表面积(Cm2) 、ESR (Ω)、散热系数{1.5～2.0)×10-3W/（Cm2×℃）}。

公式（5.17）表示了电容器的温