電解電容壽命受何影響?如何計算電解電容壽命
電解電容壽命是被關心的問題之一,因為電解電容壽命直接影響到電解電容的正常使用和更換。為此,大家又必須增進對電解電容壽命的了解,如何種情況會降低電解電容壽命等。本文中,將對鋁電解電容壽命的影響因素以及電解電容壽命計算方法加以介紹。
一、電解電容介紹
電解電容器是以電解的方法形成的氧化皮膜作為介質而做成的電容器。而鋁電解電容器是以高純度鋁當陽極,和以乙二醇、丙三醇、硼和氨水等等所組成的糊狀物當電解液,在電解液中電解使鋁表面產生一層極薄的氧化鋁膜為介質所做成的電容器。電解電容器因為電介質薄膜可以作得很薄,因此可以做出體積小容量大的電容器,為大容量電容器的主要的零件。但是電解電容器卻有不少缺哈,例如頻井特性和溫度特性差,而且漏電流和介質損失大等等。另外,當極性被反接時或兩端所加得電壓超出規格時,其安全性將被破壞,電解液將被氣化而爆出(即俗稱所謂的擊穿)。
有很多的外在環境因素都會引起電解電容器性能上的劣化,如溫度、濕度、氣壓和振動等,電氣方面的影響則包括了電壓、漣波、電流和充放電等。在環境因素中以溫度對電容器壽命的影響最大,且會使靜電容量變小,損失增大。另外,鋁電解電容器因為比其它電容器損失(內部電阻)較大,由漣波電流所引發的熱對壽命也會造成很大的影響。另外,某些純A類擴大機所需的高偏流會引起高熱,高熱容易導致所有相關零件使用壽命嚴重的縮短,這其中又以電源重鎮的電解電容器為甚。高熱會使得電解電容器的性能迅速劣化,壽命及靜電容量都縮短到只有原來的幾分之一,如此一來濾波電容等于失去作用,很容易機器便會出現故障。
二、電解電容壽命探析
鋁電解電容現在已經是使用最廣泛的元器件之一了,然而我們也或多或少會聽說電解電容失效的問題。那么,我們在設計電路的時候,就不得不考慮以下幾個問題。
1.鋁電解電容為什么會失效呢?
2.鋁電解電容失效與哪些因素有關?
3.電解電容壽命如何計算?
接著依次來看這幾個問題。
(一)鋁電解電容為何失效?
這個問題還得提下鋁電解電容的構造。
通用型鋁電解電容器的基本結構是箔式卷繞型的結構,陽極為鋁金屬箔,介質是用電化學方法在陽極金屬箔表面上形成的閥金屬氧化膜Al2O3,陰極則為多孔性電解紙所吸附的工作電解質。
通俗理解,電容都是由兩個導電板并排放到一起就構成了。正極是鋁(陽極箔),中間介質是不導電的氧化鋁(陽極氧化膜),負極就是電解液了。
電解電容失效,主要原因就出在了這個電解液上了。這個電解液自己會分解產生氣體,也會與氧化膜發生化學反應產生氣體。當然,正常使用情況下,這個速率是非常慢的,不然豈不是沒法用了。
所以,電解壽命的長短,主要決定于這個電解液,啥時候電解液沒了,電容也就失效了。
(二)鋁電解電容失效影響因素
鋁電解電容失效速度與電解液的揮發速度有關,而揮發的速度主要取決于溫度。電解電容內部的溫度,取決與環境溫度和紋波電流。
如果是用在電源紋波比較小的場合,那么電解電容的溫度就主要由環境溫度決定了。
如果是用在在紋波電流比較大場合,電解電容的ESR是不能忽略的,比如用在開關電源里面,因為ESR的存在,電解電容會主動發熱。
其實如果翻開電容規格書,我們也可以看到電解電容有個參數叫做最大紋波電流。
以某廠的電解電容為例
主要注意的是,這個紋波電流為有效值Irms。
(三)鋁電解電容壽命計算
溫度升高, 化學反應速率( 壽命消耗) 增大, 一般來說, 當所處環境溫度每上升10℃ ,化學反應速率(K 值) 將增大 2-10 倍,即電容工作溫度每升高 10℃ ,電容壽命減小一倍,電容工作溫度每下降 10℃ ,其壽命增加一倍。
Lo為電解電容工作最高溫度對應的壽命,一般來說電解電容規格書都會有相應的參數。
需要注意的是,各個廠家的壽命計算公式不盡相同,不過也都是相近的。在設計電路時,通過公式計算出的壽命可以做一個大致的參考。
結論:
1.很多電解電容在最高溫度工作時,壽命只有2000小時(0.2年),所以必須考慮壽命問題。
2.溫度每升高10攝氏度,電解電容壽命下降一半。
3.溫度,紋波電流都是影響電解電容的重要因素。