怎样提高电解电容寿命以及电容设计要点

时间:2019-5-5 分享到:

怎样提高电解电容寿命以及电容设计要点

无论电容器在电子技术哪个领域中使用,都希望所用元件满足性能要求,不会轻易受损,达到延长使用寿命的目的。在电路设计时,应对电解电容器的性能有更深入的了解,做到心中有数,不要使电容器一直处于工作顶峰状态。具体从以下几个方面来考虑。
1、降低所处环境温度
降低所处环境温度,使电解电容不在上限类别温度下工作,另外还要考虑电容器本身发热影响,这一点对液体电解质类型产品尤为重要。如果产生高温,会使漏电流剧增,气体增多,使外壳处于内压急增状态;另外高温能使电解液加速干涸,相对缩短产品寿命。因此对长寿命要求的电解电容来说,工作温度应控制在50℃以下,这样相应的寿命约可提高1~2个数量级。例如在45℃以可工作20年的计算机电容器,在85℃下则只能工作1~2年。如需要应用在上限类别温度(85℃),则电容器芯子中心温度应不超过95℃,而且还得视所选择工作电解液的性质而定。这种高温影响对固体钽电容器来说,不如铝电解电容器那么严重,但肯定也是有害的。
2、降低额定电压的使用上限
降低额定电压的使用上限,也就是降低介质氧化膜的工作场强,对电解电容将适用。降负荷一半后,电容器的寿命能提高2个数量级之多。
实际上铝氧化膜如出现损伤和被腐蚀,修补氧化膜拜出只能在最高的工作电压下进行,局部难于恢复到原始形成电压值下的氧化膜厚度,所以过分降低工作电压,对铝电解电容器也并不是最合适的措施。
比较以上两个因素的影响,对铝电容器来说,以降低工作温度为最关键。
3、控制工作中的纹波电流值
铝电解电容器用在脉动电路中,造成功率消耗而发热升温的主要因素是纹波电流(对较小容量的电容器则是纹波电压)的大小,一般提供的失效率与温度关系曲线大都是在无纹波的直流电压下测出的只考虑了漏电流,比此时芯子内部中心温度几乎与环境温度相差不多。可是在实际应用中,由于纹波电流所导致的发热能使芯子中心温升,最高时可达到几十摄氏度。(芯子温升取决于电解电容所处环境温度和对纹波电流的控制)。所以,高纹波电流易造成芯子的电解液干涸,电容器早期失效。同时,长时间纹波电流超过规定值,也是导致电容器防爆阀打开的因素之一。
4、避免频繁的浪涌电压施加到电容器上
电路的开或关,都会产生一过渡状态的瞬间电压,一般其值要大于工作电压,而且相应地产生一冲击电流,如果电源和负载的电阻均较小,这样瞬时电流值相当大,容易引起电解电容氧化膜的损伤,因为电容在大冲击电流下 ,容易在膜的薄弱区域发热促使晶化提早产生,并降低耐压能力,所以为提高使用寿命,应避免发生频繁的浪涌电压施加到电解电容上,当工作电压接近额定电压时,更是如此。
5、选择漏电流值较小的电容器

作为长寿命使用的电解电容,除了以上4点外加因素的考虑外,在选用中还要选择在同类型中漏电流特别小的电容器。这表明它具有较高质量的氧化膜和合适的工作电解质。一旦环境温度较高,相应的漏电流增加就较慢。否则在互为影响的情况下,当漏电流剧增,内部温度将上升,反过来使漏电流再上升,一直恶化直至失去热平衡而破坏为止。

1) 在确认使用及安装环境时,作为按铝电解电容器样本设计说明书上所规定的额定性能范围内使用的电容器,应避免在下属情况下使用:
a. 高温(温度超过最高温度使用)
b. 过流(电流超过额定纹波电流)
c. 过压(电压超过额定电压)
d. 施加反向电压或交流电压。
e. 使用于反复多次急剧充放电的电路中。
另:1、在电路设计时,请选用与机器寿命相当的电容器。    2、机器性能有特殊要求时,可与研发人员探讨,制作使用的特规电容。
2)电容器外壳、辅助引出端子与正、负极以及电路板间必须完全隔离;
3)当电容器套管的绝缘不能保证时,在有绝缘性能特定要求的地方请不要使用;
4)请不要在下述环境下使用电容器:
a. 直接与水、盐水及油类接触、或结露的环境;
b. 充满有害气体的环境(硫化物,H2S,H2SO3,HNO3,CL2,氨水等);
c. 置于日照、臭氧、紫外线及有放射性物质的环境;
d. 振动及冲击条件超过了样本及说明书的规定范围的恶劣环境;
5)在设计电容器的安装时,必须确认下述内容:
a. 电容器正、负极间距必须与线路板孔距相吻合;
b. 保证电容器防爆阀上方留一定的空间;
c. 保证电容器防爆阀上方尽量避免配线及安装其他元件;
d. 电路板上,电容器的安装位置,请不要有其他配线;
e. 电容器四周及电路板上尽量避免设计、安装发热元件;
6)另外,在设计电路时,必须确认以下内容:

a) 温度及频率的变化不至于引起电性能变化;

b) 双面印刷板上安装电容器时,电容器的安装位置避免多余的基板孔和过孔;

c) 两只以上电容器并联连接时的电流均衡

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