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设法避免铝电解电容缺陷 提高使用寿命

[日期:2018-03-20T22:58:53] 来源:  作者:刘广朝 [字体: ]

 

  铝电解电容本体上标有的容量和耐压,这两个参数是很重要,是选用电容最基本的内容。
  
  额定工作电压:在规定的工作温度范围内,电容长期可靠地工作,它能承受的最大直流电压。在交流电路中,要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。
  
  在滤波电路中,电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍。另外还要注意的一个问题是工作电压裕量,一般来说要在15%以上。
  
  因其成本低的特点,铝电解电容器一直都是电源的常用选择。但是,它们寿命有限,且易受高温和低温极端条件的影响。铝电解电容器在浸透电解液的纸片两面放酪金属薄片。这种电解液会在电容器寿命期间蒸发,从而改变其电气属性。如果电容器失效,其会出现剧烈的反应:电容器中形成压力,迫使它释放出易燃、腐蚀性气体。
  
  电解质蒸发的速度与电容器温度密切相关。工作温度每下降10℃,电容器寿命延长一倍。电容器额定寿命通常为在其最大额定温度下得出的结果。典型的额定寿命为105℃下1000小时。选择这些电容器用于LED灯泡等长寿命应用时(LED的寿命为25000小时),电容器的寿命便成了问题。
  
  要想达到25000小时寿命,这种电容器要求工作温度不超过65℃。这种工作温度特别具有挑战性,因为在这种应用中,环境温度会超出125℃。市场上有一些高额定温度的电容器,但是在大多数情况下,铝电解电容器都将成为LED灯泡寿命的瓶颈组件。
  
  这种寿命温度依赖度实际影响了您降低电容器额定电压的方法。首先想到的可能是增加电容器额定电压来最小化电介质失效的机率。但是,这样做会使龟容器的等效串联电阻(ESR)更高。由于电容器一般会具有高纹波电流应力,因此这种高电阻会带来额外的内部功耗,并且增加电容器温度。故障率随温度升高而增加。实际上,铝电解电容器通常只使用其额定电压的80%左右。
  
  电容器温度较低时,ESR急剧增加,如下图所示。在这种情况下,-40°下,电阻呈数量级增加。这在许多方面都会影响到电源性能。如果电容器用于开关式电源的输出端,则输出纹波电压呈数量级增加。另外,在ESR和输出电容形成的零以上频率,它让环路增益增加一个数量级,从而影响控制环路。这会产生一个有振荡的不稳定电源。为了适应这种强震动,控制环路通常会在空间方面做出巨大妥协.并在更高温度下工作。
  
  这种105℃电容器可能不会达到其声称的23年寿命。总之,铝电解电容器通常是最低成本的选择。但是,需要确定其缺点是否会对应用产生不利影响。需要通过其工作温度,考虑其寿命长短。另外,还要适当地降低其额定电压,这样才能实现最低温度运行,从而获得最长的使用寿命。最后,需要理解必须使用的ESR范围,这样才能正确地设计出控制环路,从而满足设计的纹波规范要求。

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