非固体铝电解电容器降额规范

非固体铝电解电容器降额规范

器件应力考核点：正向电压（浪涌电压）；反向电压；纹波电流；预期寿命

1 器件简述

非固体铝电解电容器的工作介质是在金属铝极箔表面用电解法生成的一层金属氧化物──三氧化二铝（Al2O3），之所以称为非固体，是因为铝电容器的负极是由液体（也称作电解液）充当的。铝电解电容器的结构图如下：

铝电解电容器结构图

从结构图可以看到，电容器的芯子是由一层正极箔，一层间隔纸（电解液就浸在间隔纸上，故也称作电解纸），一层负极箔，再一层间隔纸卷绕而成，正负极箔分别铆接上引线以连接到电路中。电容器芯子用铝外壳和橡胶塞密封后，再套上热缩套管，就构成了完整的电容器，热缩套管上已印刷了用以识别电容器的商标、额定电压、标准容量、容量误差、工作温度、厂家型号、负极标志等内容。

铝电解电容器在电路中主要起滤波、隔直、稳压的作用，实际制造出来的电容器在电路中使用时并不是理想的元件，含有ESR和ESL，其等效电路图如下：

C

E S R E S L

ESR的存在是电容器工作时发热的最主要原因，它不但决定了流过电容器的纹波电流的大小，更是影响电容器实际使用寿命的重要因素。铝电解电容器的芯子是卷绕而成的，所以有ESL的存在，它决定了铝电解电容器工作频率不能太高，否则就没有滤波效果，铝电解的工作频率一般在几十Hz~~100KHz。铝电解电容器是有极性的，在应用时绝不能反接。

2 器件常见失效模式及降额点选取说明

相对于其它阻容器件来讲，铝电解电容器因含有液体作负极材料，所以失效率相对较高，且有严格的寿命要求，这在设计选型时需考虑。铝电解常见的失效模式有：短路，开路，电参数性能劣化，防爆阀开裂，漏液。

从铝电解电容器应用过程中的失效原因看，主要有以下三种：

◆电应力引起的失效：

·过电压：电介质击穿，严重时会起火。

·反压现象：严重时会爆炸起火。

·纹波电流过大：内部温升过高，介质遭到破坏，电解液干涸，寿命缩短。

◆热应力引起的失效

·过高的环境温度，导致材料性能的蜕化或劣化，电解液挥发，寿命缩短。

·不适当的焊接热冲击。

◆机械应力引起的失效

·引脚间距与PCB板间距不匹配造成外应力损伤。

·冲击和震动造成的机械应力损伤。

·单板加工时电容内部受伤。

综上所述，对铝电解电容器降额考核点主要有4个方面：正向电压（浪涌电压）；反向电压；纹波电流；预期寿命。

3 器件应力限制

3.1 正向电压；浪涌电压

在I、II工作区最坏应力情况下，正向电压（I区），浪涌电压（II区）降额必须满足下表：

说明：1. 对于450V电压档次的铝电解，考虑到电压选型及成本、尺寸问题，在应用于PFC电路时，I工作区电压降额允许95％。

2. 计算电容器寿命时，应考核工作电压对寿命的影响，电压降额对寿命的影响系数如下：

寿命计算的具体方法见附件：《非固体铝电解电容器应力降额操作指导书》。

3.2 反向电压

在I、II工作区最坏应力情况下，施加在铝电解电容两端的反向电压必须满足下表：

3.3 纹波电流

允许实际工作纹波电流值超过手册规定的额定值，但必须限制在下表规定的范围内，同时应考核纹波电流对寿命的影响。即在满足寿命的前提下，允许纹波电流超过额定值使用。具体规定见下表：

说明：1．纹波电流额定值，是指厂家手册中规定的电容在最高工作环境温度下，频率为120Hz 时的纹波电流有效值，如实际应用中有多个频率下的纹波电流，可转换成120Hz下的等效值。

2．在实际考核纹波电流时，如果：

2.2倍额定纹波电流≥实测纹波电流≥额定纹波电流, 加上有其它发热器件或强迫风冷影响，不能仅以纹波电流来计算温升,需测试电容器的芯子温升来考核电容器的寿命。

3．如果有多个电容器并联使用，测试应力最严重的那个电容的纹波电流作为考核依据。

3.4 预期寿命

当设备在规定的最高工作环境温度下满载运行，同时满足其他正常条件下（如按手册规定的安装方式、正常的输入、输出范围等），铝电解电容的预期寿命必须大于下列值：

注：1年=8760小时铝电解电容的预期寿命主要与电容的工作环境温度、纹波电流(纹波电流发热引起的温升)以及工作电压有关，详细的计算方法见：《非固体铝电解电容器应力降额操作指导书》。

如果产品规格书对铝电解电容的寿命有详细规定，则以产品规格书为准进行考核。

4 降额考核点的测试或估算

详见：《非固体铝电解电容器应力降额操作指导书》。