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(chǔ)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(shí)序延時(shí)等。在開關(guān)電源的MTBF預(yù)計(jì)時(shí),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(huì)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(huì)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(shí)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(shí),電解液粘度增加,因而離子移動(dòng)性和導(dǎo)電能力降低。當(dāng)電解液冷凍時(shí),離子移動(dòng)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(shí),電容壽命也就終止了。在高寒地區(qū)(一般-25℃以下)工作時(shí),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(shí)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(huì)出現(xiàn)超出正常電壓的30%,尤其是單相輸入,相偏會(huì)加重交流輸入的正常范圍。經(jīng)測試表明,常用的450V/470uF 105℃的進(jìn)口普通2000小時(shí)電解電容,在額定電壓的1.34倍電壓下,2小時(shí)后電容會(huì)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(jí)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(jí)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)²x ESR (1)
Th = Ta + PLOSS x Rth (2)
Lop = A x 2 Hours (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 卓昊電子