貼片電解電容器的特點和選擇電解電容器的竅門

  電解電容器是電子行業(yè)的一種較難控制品質(zhì)的元器件，由電解電容引起的產(chǎn)品品質(zhì)問題較多，很多廠家不知如何檢查電解電容的質(zhì)量，不得不花高價購買名牌電解電容，這樣就會提高很多的成本。    本人經(jīng)過探索和實踐，把總結(jié)出的一套高效的非常規(guī)篩選方法和自制的夾具介紹給大家，不管是名牌、雜牌還是冒牌，一試便知質(zhì)量的好壞。常規(guī)測試方法一般的電子書上都有，本文不再重復(fù)說明。另外，令本人感到自豪的是，我以前的電解電容供應(yīng)商也求我做了幾套，用于自己的產(chǎn)品和競爭對手的產(chǎn)品質(zhì)量比較。    原理：電子鎮(zhèn)流器所用的電解電容器的主要問題是在工作時耐壓值不夠或溫度系數(shù)差，造成電解電容損壞。本方法是在電解電容器的極限工作耐壓的狀況下，通過充放電來檢測電解電容的質(zhì)量，如果有條件在高溫下做篩選更好。如果電解電容的性能不夠，稍微有點漏電的時候，其他電解電容所存儲的電荷將會通過該電容放出，結(jié)果將性能較差的電容炸毀，性能好的電解電容完好無損。

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(yù)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。當溫度降低時，電解液粘度增加，因而離子移動性和導(dǎo)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限時，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(fù)雜，因此，交流電網(wǎng)很復(fù)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(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)計壽命的公式： PLOSS = (IRMS)²x ESR ?。?nbsp;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(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 ）、從熱點傳遞到周圍環(huán)境的總的熱阻（ Rth ）。電容內(nèi)部溫度最高的點，叫熱點溫度（ Th ）。熱點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溫度值實際應(yīng)用中的外界溫度（環(huán)境溫度 Ta ） , 從熱點傳遞到周圍環(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，電流在流過電阻時會引起能量損耗，電壓的變化在通過電介質(zhì)時也會引起能量損耗，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。 3.1 、設(shè)計上考慮因素 　　 在非固態(tài)電解液的電容里，電介質(zhì)為陽極鋁箔氧化層。電解液作為陰極鋁箔和陽極鋁箔氧化層之間的電接觸。吸收電解液的紙介層成為陰極鋁箔與陽極鋁箔之間的隔離層，鋁箔通過電極引接片連接到電容的終端。 

· 　通過降低 ESR 值，可減少電容內(nèi)由紋波電流引起的內(nèi)部溫升。這可通過采用多個電極引接片、激光焊接電極等措施實現(xiàn)。ESR 值和紋波電流決定了電容的溫升。促使電容能有滿意的 ESR 值的主要措施之一是：通常用一個或多個金屬電極引接片連接外部電極和芯包，降低芯包和引腳之間的阻抗。芯包上的電極引接片越多，電容的 ESR 值越低。借助于激光焊接技術(shù)，可在芯包上加上更多的電極引接片，因此使電容能達到較低的 ESR 值。這也意味著電容能經(jīng)受更高的紋波電流和具有較低內(nèi)部溫升，也就是說更長的工作壽命。這樣做也有利于提高電容抗擊震動的能力，否則有可能導(dǎo)致內(nèi)部短路、高的漏電流、容值損失、 ESR 值的上升和電路開路。· 　通過對電容芯包和鋁殼底部之間良好的機械接觸及通過芯包中間的熱沉，可將電容內(nèi)部熱量有效地從鋁殼底部釋放到與之聯(lián)接的底板。

　　內(nèi)部熱傳導(dǎo)設(shè)計對于電容的穩(wěn)定性和工作壽命極其重要。在 Evox Rifa 公司的設(shè)計中，負極鋁箔被延長到可直接接觸電容鋁殼厚的底部。這底部就成為芯包的散熱片，以使熱點的熱量能釋放。如選用帶螺栓安裝方式，安全地將電容安裝到底板上（通常為鋁板），可得到更為全面的具有較低熱阻（ Rth. ）的熱傳導(dǎo)解決方案。· 　通過采用整體繞注有電極的酚醛塑料蓋和雙重的特制的封墊與鋁殼緊密咬合，可大大減少電解液的損失。

　　電解液通過密封墊的蒸發(fā)決定了長壽命的電解電容工作時間。當電容的電解液蒸發(fā)到一定程度，電容將最終失效（這個結(jié)果會因內(nèi)部溫升而加速）。 Evox Rifa 公司設(shè)計的雙層密封系統(tǒng)可減緩電解液蒸發(fā)速度，使電容達到其最長的工作壽命?！　?nbsp;以上這些特性保證了電容在要求的領(lǐng)域中具有很長的工作壽命。3.2 、影響壽命的應(yīng)用因素　　 根據(jù)壽命公式，可以得出影響壽命的應(yīng)用因素為：紋波電流 (IRMS) 、環(huán)境溫度（ Ta ）、從熱點傳遞到周圍環(huán)境的總的熱阻（ Rth ）。1. 紋波電流　　 紋波電流的大小，直接影響電解電容內(nèi)部的熱點溫度。查詢電解電容的使用手冊，就可以得到紋波電流的允許范圍。如果超出范圍，可以采用并聯(lián)方式解決。2. 環(huán)境溫度（ Ta ）和熱阻（ Rth ）　　 根據(jù)熱點溫度的公式，電解電容的應(yīng)用環(huán)境溫度也是重要因素。在應(yīng)用時，可以考慮環(huán)境散熱方式、散熱強度、電解電容與熱源的距離、電解電容的安裝方式等?！　?nbsp;電容器內(nèi)部的熱量，總是從溫度最高的 “ 熱點 ” 向周圍溫度相對較低的部分傳導(dǎo)。熱量傳遞的途徑有幾種：其一是通過鋁箔和電解液傳導(dǎo)。如果電容被安裝在散熱片上，一部分熱量還將通過散熱片傳遞到環(huán)境中。不同的安裝方式和間距和散熱方式都將影響電容到環(huán)境的熱阻。從 “ 熱點 ” 傳遞到周圍環(huán)境中的總熱阻用 Rth 來表示。采用夾片安裝，將電容安裝在熱阻為 2 ℃ /W 的散熱片上，所得到的電容熱阻值 Rth = 3.6 ℃ /W ；采用螺栓安裝方式，將電容安裝在熱阻為 2 ℃ /W 散熱片上、強迫風冷速率為 2m/s 時，所得到的電容熱阻值 Rth = 2.1 ℃ /W 。（以 PEH200OO427AM 型電容為例，環(huán)境周圍溫度為 85 ℃）?！　?nbsp;另外將延長的陰極鋁箔與電容器鋁殼直接接觸，也是很好的降低熱阻的方法。同時應(yīng)注意鋁殼會因此帶負電，不能作負極連接?！　?nbsp;電容必須正確安裝才能達到它的設(shè)計工作壽命。例如： RIFA PEH169 系列和 PEH200 系列應(yīng)該豎直向上安裝或者水平安裝。同時確保安全閥朝上，這樣熱的電解液及蒸氣才能在電容失效的情況下，從安全閥順利排出。　　 當電容排列很緊湊時相鄰電容間至少應(yīng)留出 5mm 的間隔以保證適量的空氣流動。使用螺栓安裝時，螺母扭矩的控制非常重要。如果擰得太松，則電容與散熱片間就不能緊密接觸；如果擰得太緊，又可能使螺紋損壞。同時應(yīng)注意電容器不應(yīng)倒置安裝，否則可能造成螺栓的折斷。　　 電容安裝時應(yīng)盡量遠離發(fā)熱元件，否則過高的溫度會縮短電容器的使用壽命，從而使得電容器成為整個電路中壽命最短的部件。在環(huán)境溫度較高的情況下，盡量采用強迫風冷，將電容安裝在進風口處。3. 頻率的影響　　 若電流由基頻和多次諧波構(gòu)成，則須計算每次諧波產(chǎn)生的功率損耗值，并將計算結(jié)果相加以求得總損耗值。　　 在高頻應(yīng)用中，電容兩端引線應(yīng)盡量短以減小等效電感。

16x16.5貼片電解電容器特點一：單位體積的電容量非常大，比其它種類的電容大幾十到數(shù)百倍。        貼片電解電容器特點二：額定的容量可以做到非常大，可以輕易做到幾萬μf甚至幾f（但不能和雙電層電容比）。        貼片電解電容器特點三：價格比其它種類具有壓倒性優(yōu)勢，因為電解電容的組成材料都是普通的工業(yè)材料，比如鋁等等。制造電解電容的設(shè)備也都是普通的工業(yè)設(shè)備，可以大規(guī)模生產(chǎn)，成本相對比較低。 貼片電解電容原理電解電容器通常是由金屬箔（鋁/鉭）作為正電極，金屬箔的絕緣氧化層（氧化鋁/鉭五氧化物）作為電介質(zhì)，電解電容器以其正電極的不同分為鋁電解電容器和鉭電解電容器。        鋁電解電容的負電極由浸過電解質(zhì)液（液態(tài)電解質(zhì)）的薄紙/薄膜或電解質(zhì)聚合物構(gòu)成；鉭電解電容器的負電極通常采用二氧化錳。由于均以電解質(zhì)作為負電極（注意和電介質(zhì)區(qū)分），電解電容器因而得名。