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影响电解电容寿命的因素
来源: | 作者:pmo4987c4 | 发布时间: 2019-12-24 | 160 次浏览 | 分享到:

电解电容广泛应用在电力电子的不同领域,主要是用于平滑、储存能量或者交流电压整流后的滤波,另外还用于非精密的时序延时等。在开关电源的MTBF预计时,模型分析结果表明电解电容是影响开关电源寿命的主要因素,因此了解、影响电容寿命的因素非常重要。

1.电解电容的寿命取决于其内部温度。

因此,电解电容的设计和应用条件都会影响到电解电容的寿命。从设计角度,电解电容的设计方法、材料、加工工艺决定了电容的寿命和稳定性。而对应用者来讲,使用电压、纹波电流、开关频率、安装形式、散热方式等都影响电解电容的寿命。

2.电解电容的非正常失效

一些因素会引起电解电容失效,如极低的温度,电容温升(焊接温度,环境温度,交流纹波),过高的电压,瞬时电压,甚高频或反偏压;其中温升是对电解电容工作寿命(Lop)影响最大的因素。

电容的导电能力由电解液的电离能力和粘度决定。当温度降低时,电解液粘度增加,因而离子移动性和导电能力降低。当电解液冷冻时,离子移动能力非常低以致非常高的电阻。相反,过高的热量将加速电解液蒸发,当电解液的量减少到一定极限时,电容寿命也就终止了。在高寒地区(一般-25℃以下)工作时,就需要进行加热,保证电解电容的正常工作温度。如室外型UPS,在我国东北地区都配有加热板。

电容器在过压状态下容易被击穿,而实际应用中的浪涌电压和瞬时高电压是经常出现的。尤其我国幅员辽阔,各地电网复杂,因此,交流电网很复杂,经常会出现超出正常电压的30%,尤其是单相输入,相偏会加重交流输入的正常范围。经测试表明,常用的450V/470uF105℃的进口普通2000小时电解电容,在额定电压的1.34倍电压下,2小时后电容会出现漏液冒气,顶部冲开。根据统计和分析,与电网接近的通信开关电源PFC输出电解电容的失效,主要是由于电网浪涌和高压损坏。铝电解电容的电压选择一般进行二级降额,降到额定值的80%使用较为合理。

3寿命影响因素分析

除了非正常的失效,电解电容的寿命与温度有指数级的关系。因使用非固态电解液,电解电容的寿命还取决于电解液的蒸发速度,由此导致的电气性能降低。这些参数包括电容的容值,漏电流和等效串联电阻(ESR)。

参考RIFA公司预计寿命的公式:

PLOSS=(IRMS)²xESR(1)

Th=Ta+PLOSSxRth(2)

Lop=Ax2Hours(3)

B=参考温度值(典型值为85℃)

A=参考温度下的电容寿命(根据电容器直径的不同而变化)

C=导致电容寿命减少一半所需的温升度数

从上面的公式中,我们可以明显的看到,影响电解电容寿命的几个直接因素:纹波电流(IRMS)和等效串联电阻值(ESR)、环境温度(Ta)、从热点传递到周围环境的总的热阻(Rth)。电容内部温度最高的点,叫热点温度(Th)。热点温度值是影响电容工作寿命的主要因素。而下列因素又决定了热点温度值实际应用中的外界温度(环境温度Ta),从热点传递到周围环境的总的热阻(Rth)和由交流电流引起的能量损耗(PLOSS)。电容的内部温升与能量损耗成线形关系。

电容充放电时,电流在流过电阻时会引起能量损耗,电压的变化在通过电介质时也会引起能量损耗,再加上漏电流造成的能量损耗,所有的这些损耗导致的结果是电容内部温度升高。

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