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      新聞資訊

      影響電解電容壽命的因素(一)

      2019-07-25

      電解電容廣泛應用在電力電子的不同領域,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,因此了解、影響電容壽命的因素非常重要。

      1.電解電容的壽命取決于其內部溫度。

      因此,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、材料、加工工藝決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。

      電容的導電能力由電解液的電離能力和粘度決定。當溫度降低時,電解液粘度增加,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,當電解液的量減少到一定極限時,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,而實際應用中的浪涌電壓和瞬時高電壓是經常出現的。尤其我國幅員遼闊,各地電網復雜,因此,交流電網很復雜,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范圍。經測試表明,常用的450V/470uF105℃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小時后電容會出現漏液冒氣,頂部沖開。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,主要是由于電網浪涌和高壓損壞。鋁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系。因使用非固態電解液,電解電容的壽命還取決于電解液的蒸發速度,由此導致的電氣性能降低。這些參數包括電容的容值,漏電流和等效串聯電阻(ESR)。

      參考RIFA公司預計壽命的公式:

      PLOSS=(IRMS)2xESR(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(根據電容器直徑的不同而變化)

      C=導致電容壽命減少一半所需的溫升度數

      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。而下列因素又決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)。電容的內部溫升與能量損耗成線形關系。

      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。

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