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。
![](../img/ele-ee/ee-4094r3u0cbolsit.jpg)
上电过电压示意
![](../img/ele-ee/ee-4095lumtk45yj33.jpg)
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。
![](../img/ele-ee/ee-4096cgxoy4t5u1v.jpg)
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
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