電解電容器的紋波電流承受能力分析

1 引言

在電力電子線路中，電解電容器經(jīng)常受到大脈動(dòng)電流、高頻大濾波電流和短時(shí)大電流脈沖的作用，因此對流過其內(nèi)部的電流要有嚴(yán)格的限制，這樣才能保證電路的可靠性。其中一個(gè)很重要的指標(biāo)就是電解電容器紋波電流的額定值。由大量的實(shí)驗(yàn)及實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)得知，一般紋波電流對電解電容器主要的影響就是使其發(fā)熱，因?yàn)殡娊怆娙萜鞯牡刃Т?lián)電阻（ESR）相對比較大，一般為數(shù)十毫歐姆到十幾歐姆，這樣紋波電流流過ESR就會(huì)有明顯的功率損耗，使電容器發(fā)熱。降1壓限流電容串接于交流電路中用于它對交流電的容抗進(jìn)行分壓限流。而且流過電容器的紋波電流越大，在電容器ESR上產(chǎn)生的損耗也會(huì)隨之增大，由功率損耗產(chǎn)生的熱會(huì)明顯降低電解電容器的使用壽命。如果電解電容器工作在超出其紋波電流額定值的條件下，就會(huì)使電容器因核心過熱而導(dǎo)致失效或損壞。

      電解電容器的內(nèi)部有儲(chǔ)存電荷的電解質(zhì)材料，分正、負(fù)極性，類似于電池，不可接反。正極為粘有氧化膜的金屬基板，負(fù)極通過金屬極板與電解質(zhì)（固體和非固體）相連接。

　　1、電路設(shè)計(jì)

　?。?）在確認(rèn)使用及安裝環(huán)境時(shí)，作為按產(chǎn)品樣本設(shè)計(jì)說明書上所規(guī)定的額定性能范圍內(nèi)使用的電容器，應(yīng)當(dāng)避免在下述情況下使用：

　　a）高溫

　　b）過流

　　c）過壓

　　d）施加反向電壓或交流電壓。

　　e）使用于反復(fù)多次急劇充放電的電路中。

　　另：在電路設(shè)計(jì)時(shí)，請選用與機(jī)器壽命相當(dāng)?shù)碾娙萜鳌?

　?。?）電容器外殼、輔助引出端子與正、負(fù)極 以及電路板間必須完全隔離；

　?。?）當(dāng)電容器套管的絕緣不能保證時(shí)，在有絕緣性能特定要求的地方請不要使用；

　?。?）請不要在下述環(huán)境下使用電容器：

　　a）直接與水、鹽水及油類相接觸、或結(jié)露的環(huán)境；

　　b）充滿有害氣體的環(huán)境（硫化物、h2so3、hno2、cl2、氨水等）；

　　c）置于日照、o3、紫外線及有性物質(zhì)的環(huán)境；

　　d）振動(dòng)及沖擊條件超過了樣本及說明書的規(guī)定范圍的惡劣環(huán)境；

　?。?）在設(shè)計(jì)電容器的安裝時(shí)，必須確認(rèn)下述內(nèi)容：

　　a）電容器正、負(fù)極間距必須與線路板孔距相吻合；

　　b）保證電容器防爆閥上方留有一定的空間；

　　c）電容器防爆閥上方盡量避免配線及安裝其他元件；

　　d）電路板上，電容器的安裝位置，請不要有其他配線；

　　e）電容器四周及電路板上盡量避免設(shè)計(jì)、安裝發(fā)熱元件；

　?。?）另外，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，必須確認(rèn)以下內(nèi)容：

　　a）溫度及頻率的變化不至于引起電性能變化；

　　b）雙面印刷板上安裝電容器時(shí)，電容器的安裝位置避免多余的基板孔和過孔；

　　c）兩只以上電容器并聯(lián)連接時(shí)的電流均衡；

　　d）兩只以上電容器串聯(lián)連接時(shí)的電壓均衡。

隨著開關(guān)電源設(shè)備迅猛發(fā)展，為適應(yīng)市場需求，開關(guān)電源趨向于小型化、輕便化、集成電路模塊化。其對構(gòu)成開關(guān)電源的重要元件電解電容器性能的要求也越來越高，本文從小型化、高頻低阻抗化、長壽命化和耐紋波電流等方面分析了開關(guān)電源的發(fā)展對電解電容器性能的要求。1~12~122M1~102~18200K10~1003~2020K100~10003~132K＞1000＞3電容器擊穿或開路后，不能修理，只能更換同型號的新電容器。

電解電容器介紹

電解電容器可看成是由二個(gè)極板組成，其中作為陽極板的是采用特定的閥金屬(鋁、鉭、鈮等金屬)，并在該金屬表面上借助于電化學(xué)方法生成一極薄且具有單向?qū)щ娦缘难趸ぷ鳛榻橘|(zhì)，而陰極板通常是采用能生成和修復(fù)介質(zhì)氧化膜的液狀或固狀的電解質(zhì)。

高可靠性  

開關(guān)電源是一種采用開關(guān)式控制的直流穩(wěn)壓電源，它以小型、輕量和高1效率的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于各種通信設(shè)備、家用電器、計(jì)算機(jī)及其終端設(shè)備。

作為輸入濾波和平滑作用的鋁電解電容器，它的質(zhì)量和可靠性直接影響到開關(guān)電源的可靠性。一旦鋁電解電容器失效，就會(huì)導(dǎo)致開關(guān)穩(wěn)壓電源的故障。

開關(guān)穩(wěn)壓電源用鋁電解電容器的失效模式有擊穿失效、開路失效、漏液失效及電參數(shù)超差失效：擊穿失效又分為介質(zhì)擊穿和熱擊穿，對于大功率和大電流輸出的開關(guān)電源用電解電容器，熱擊穿失效常占一定比例；電腐蝕導(dǎo)致鋁引出條斷裂和電容器芯子干涸，使開關(guān)穩(wěn)壓電源用鋁電解電容器開路失效的主要失效模式；紋波電流額定值的定義是很復(fù)雜的，而且每個(gè)廠家在其定義紋波電流額定值時(shí)都有其各自的考慮。漏液是開關(guān)穩(wěn)壓電源用鋁電解電容器常見的失效模式，由于使用環(huán)境及工作狀態(tài)較嚴(yán)酷，常發(fā)生漏液失效；開關(guān)穩(wěn)壓電源用鋁電解電容器在使用中常見的失效模式是電容量減少、漏電流增大及損耗角正切值增大。