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影響電解電容壽命的因素分析及對策
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(guān)電源的 MTBF 預計時,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)計和應(yīng)用條件都會影響到電解電容的壽命。從設(shè)計角度,電解電容的設(shè)計方法、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(fā),當電解液的量減少到一定極,電容壽命也就終止了。在高寒地區(qū)(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(qū)都配有加熱板。
電容器在過壓狀態(tài)下容易被擊穿,而實際應(yīng)用中的浪涌電壓和瞬時高電壓是經(jīng)常出現(xiàn)的。尤其我國幅員遼闊,各地電網(wǎng)復雜,因此,交流電網(wǎng)很復雜,經(jīng)常會出現(xiàn)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(jīng)測試表明,常用的 450V/470uF 105 ℃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(xiàn)漏液冒氣,頂部沖開。根據(jù)統(tǒng)計和分析,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(shù)級的關(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 公司預計壽命的公式:
PLOSS = (IRMS)?x 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 = 導致電容壽命減少一半所需的溫升度數(shù)
注冊資金:100萬-500萬
聯(lián)系人:李先生
固話:0755-61101671
移動手機:15322966982
企業(yè)地址:廣東 深圳市 寶安區(qū)