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影響電解電容壽命的因素（一）
發(fā)布時(shí)間：
2024-03-27
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(kāi)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(kāi)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。
1.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(duì)應(yīng)用者來(lái)講，使用電壓、紋波電流、開(kāi)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(guò)高的電壓，瞬時(shí)電壓，甚高頻或反偏壓；其中溫升是對(duì)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(guò)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(guó)東北地區(qū)都配有加熱板。
電容器在過(guò)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(guó)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(cè)試表明，常用的450V/470uF105℃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(kāi)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，與電網(wǎng)接近的通信開(kāi)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。鋁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)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(jù)電容器直徑的不同而變化）
C=導(dǎo)致電容壽命減少一半所需的溫升度數(shù)
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(gè)直接因素：紋波電流(IRMS)和等效串聯(lián)電阻值（ESR）、環(huán)境溫度（Ta）、從熱點(diǎn)傳遞到周?chē)h(huán)境的總的熱阻（Rth）。電容內(nèi)部溫度最高的點(diǎn)，叫熱點(diǎn)溫度（Th）。熱點(diǎn)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(diǎn)溫度值實(shí)際應(yīng)用中的外界溫度（環(huán)境溫度Ta）,從熱點(diǎn)傳遞到周?chē)h(huán)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(nèi)部溫升與能量損耗成線形關(guān)系。
電容充放電時(shí)，電流在流過(guò)電阻時(shí)會(huì)引起能量損耗，電壓的變化在通過(guò)電介質(zhì)時(shí)也會(huì)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(dǎo)致的結(jié)果是電容內(nèi)部溫度升高。
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