铝电解电容的漏电流和使用寿命
关于铝电解电容器储存说明
关于铝电解电容器储存说明
一、储存条件
1）建议将电容器储存在5℃~35℃和相对湿度小于75%的环境中，注意电容器不能长期保存于高温、高湿条件下。
2）确认储存环境中不会出现以下情况:
①电容器可能接触到水、盐或油污的环境；
②空气中含有毒酸气（如硫化氢、硫酸、亚硝酸、氯、溴、甲基溴等）；
③电容器暴露于紫外线或放射性射线环境中。
二、储存期
铝电解电容器长期储存后其漏电流会趋于上升，因此，对于其储存期做如下说明（储存期用T表示）：1）T≤1年：电容器可以正常使用。
2）1年＜T ≤2年：在使用前需要抽样检测电性能参数，如检测漏电流超标，则必须重新对电容器进行“电压处理”，
电压处理方法①：每只电容器串联1只约1KΩ的保护电阻，施加额定电压进行1小时的处理，
处理结束后使用约1Ω/V的保护电阻进行放电。
电压处理方法②：对于已经安装在线路板上的单体电容器而言，客户可以直接在以下条件下将线
路板正常老化。
温度老化电压时间
45±5 ℃线路板正常工作电压4小时
3）T ＞2年：在使用前，必须对电容器全数进行再老化，老化时每只电容器需要串联1只1KΩ的保护电阻。
（老化方法请与本公司直接联系）
南通江海电容器股份有限公司
2012年03月02日。
铝电解电容的寿命
铝电解电容的寿命电源产品中经常用到铝电解电容，他的寿命往往决定了整个产品的寿命。
因此，了解如何计算铝电解电容的寿命很有必要。
下面将我的一些心得整理出来，供大家参考。
希望有助于提高国人的知识水平。
说白了很简单，只不过很多人找不到相关的资料而已。
同时也希望学校的教材中能够近早讲解相关知识。
我尽量少翻译，因为我的语言能力及相关的专业术语还不行。
仅供参考。
Chapter 1铝电解电容的特性1.1 Circuit model （等效模型）The following circuit models the al uminium electrolytic capacitor’s normal operation as well as the over voltage and reverse voltage behavior. （此模型包含正常运行，过压，反压时的特性）C AC cR P ESR LD = Anode capacitance (阳极电容)= Cathode capacitance(阴极电容)= Parallel resistance, due to dielectric (并联电阻)= Series resistance, as a result of connections, paper, electrolyte, ect. 等效串联电阻= Winding inductance and connections 等效串联电感= Over and reverse voltage 等效稳压管The capacitance Ca and Cc are the capacitance of the capacitor and is frequency and temperature depended. （Ca and Cc，它的容量是频率及温度的函数）The resistance ESR is the equivalent series resistance which is frequency and temperature depended. It also increases with the rated voltage. （ESR是频率及温度的函数，随着额定电压的增加而增加）The inductance L is the equivalen t series inductance, and it’s independent for both frequency and temperature. It increases with terminal spacing. （L是频率及温度的函数）The resistance Rp is the equivalent parallel resistance and accounts for leakage current in the capacitor. It decreases with increasing the capacitance, temperature and voltage and it increases with time. （Rp的大小决定了漏电流的大小，随着容量温度电压的增加而降低，随着使用时间的延长而增加）The zener diode D models the over voltage and reverse voltage behavior. Application of over voltage on the order of 50 V beyond the cap acitor’s surge voltage rating causes high。
铝电解电容的漏电流、纹波和寿命
图 漏电流的时间特性
图 漏电流的温度特性
图 漏电流的正向电压特性
如上图漏电流的时间特性所示，在施加正向电压的最初数分钟的时间内会出现一个很大的漏电流（称为 涌入电流 inrush current 。电容器如长期未施加电压后这一现象就更明显）。随着工作时间的延续，此漏电 流将衰减到一个很小的“稳定状态”值。漏电流的温度特性见中间一图所示，一般地随着温度的升高漏电 流将会变得越来越大。漏电流的温度特性见右边一图所示，一般地随着温度的升高漏电流将会变得越来越 大。 Aluminum Electrolytic Capacitors
3 、 自寿命（ Shelf Life ）及负载寿命 (Load Life)
3.1 自寿命（ Shelf Life ）
当电解电容在不充电状态下长期放置之后，漏电流及 ESR 将会逐渐增大，而容量会逐渐衰减。然而常 温条件下普通电容两年左右的存储以及低漏电流电容约半年的存存储都不会令这些参数有太大的恶化。故 一般情况下这些特性都不会在实际应用中带来麻烦。
这些计算方法将得到额定电压 UR 及 20 ° C 条件时的漏电量数值。对于其它温度和电压条件下则应 该进行一些乘积运算，具体情况当根据规格数提供的方法进行折算。例如 DIN 41 240 and DIN 41 332 规定 对其它温度条件的换算作了如下乘积运算： 温度 ( ° C) 乘积因子 （典 0 ． 5 型值） 1 4 5 6 10 12 ． 5
2.1 纹波定义及其与寿命关系：
纹波电流在这里指的是流经电容器的交流电流的 RMS 值，其在电容电压上的表现为脉动或纹波电压。 电容器最大允许纹波电流受环境温度、电容器表面温度（及散热面积）、损耗角度（或 ESR ）以及交流 频率参数的限制。温度是电解电容器件寿命的决定性因素，因此由纹波产生的热损耗将成为电容寿命的一 个关键参考因数。
铝电解电容器基本的电性能
频率(Hz)
和频率一样，测量时的温度对电容器的容量有一定的影响。随着测量温度的下降，电容量会变小。 以下是典型的电容量随频率变化图：
容 量 变 化 率 (%)
温度(℃)
另一方面，直流电容量，可通过施加直流电压而测量其电荷得到，在常温下容量比交流稍微的大一 点，并且具有更优越的稳定特性。
测试结果： （1）.考虑到环境温度和纹波电流时的寿命公式
其中，Ld：直流工作电压下的使用寿命 （K=2，纹波电流允许的范围内） （K=4，超过纹波电流范围时） T0：最高使用温度 T ：工作温度 △T：中心温升
（2）电容器工作在额定的纹波电流和上限温度时，电容器的寿命可通过转化（4）式得到，如下：
其中，Lr：工作在额定纹波电流和最高工作温度下的寿命（h） △T0：最高工作温度下的电容器中心容许温升。
1.3 阻抗（Z）： 在特定的频率下，阻碍交流电通过的电阻就是所谓的阻抗（Z）。它与容量以及电感密切相关，并且
与等效串联电阻 ESR 也有关系。具体表达式如下：
其中：Xc=1/ ωC=1/ 2πfC XL=ωL=2πfL
以下是典型的电容量随频率变化图：
由图可知电容的容抗（Xc）在低频率范围内随着频率的增加逐步减小，频率继续增加达到中频范围电抗（XL） 降致 ESR。当频率达到高频范围感抗（XL）变为主导，所以电抗随着频率的增加而增加。由于电解液电导 率随温度改变而改变，所以阻抗随着温度的变化而变化如下图所示：
b） 焊接条件（温度、时间、次数）必须按规定说明执行： 7.3 焊接后的处理应不产生以下的机械应力：
a） 电容器发生倾倒、扭转； b） 电容器碰到其他线路板； c） 使其它物体碰撞到电容器； 7.4 电容器不要用洗净剂洗耳恭听净，不过，在有必要洗净的情况下对电容器进行洗净，必须在产品
铝电解电容漏电流
铝电解电容漏电流铝电解电容是一种常见的电子元件，用于电路中的滤波、耦合和存储等功能。
然而，铝电解电容在工作过程中会出现漏电流的问题。
漏电流是指电容器在正常工作时，除了通过极板之间的电介质存储电荷外，还会有一小部分电荷通过电介质泄漏到外部电路中。
这种泄漏电流会导致电容器的性能下降，甚至影响整个电路的正常工作。
因此，减小铝电解电容的漏电流是提高其可靠性和使用寿命的关键。
那么，为什么铝电解电容会出现漏电流呢？铝电解电容的极板是由铝箔制成的，极板表面都有一层氧化铝膜。
这层氧化铝膜的存在使得铝电解电容具有良好的绝缘性能。
然而，由于制造工艺和材料的原因，氧化铝膜并不是完全均匀的，存在着微小的孔隙和缺陷。
这些孔隙和缺陷会导致氧化铝膜的绝缘性能下降，从而引起漏电流的产生。
漏电流还与电解液有关。
铝电解电容的电解液是一种具有高离子浓度的电解质溶液，其中含有铝离子和其他离子。
在电容器工作时，电解液中的离子会与氧化铝膜表面的缺陷发生反应，形成一种电导通道，电荷通过这些通道进行泄漏。
因此，电解液的质量和纯度对漏电流也有一定的影响。
温度也是影响铝电解电容漏电流的重要因素之一。
一般来说，温度越高，铝电解电容的漏电流越大。
这是因为在高温下，电解液中的离子迁移速度加快，更容易通过氧化铝膜的缺陷。
此外，高温还会加速氧化铝膜的老化，进一步降低绝缘性能，导致漏电流增加。
那么如何减小铝电解电容的漏电流呢？改善制造工艺是关键。
制造过程中，需要严格控制氧化铝膜的质量，尽量减少孔隙和缺陷的存在。
此外，还可以采用特殊的涂覆技术，增加氧化铝膜的厚度，提高绝缘性能，从而减小漏电流。
选择合适的电解液也很重要。
优质的电解液具有较高的纯度和低的电导率，可以降低漏电流的发生。
此外，合理控制电解液的浓度和温度，也可以有效减小漏电流。
控制工作温度也是减小漏电流的关键。
在设计电路时，可以采取散热措施，降低电容器的工作温度。
这不仅可以减小漏电流，还可以提高电容器的可靠性和使用寿命。
铝电解电容器与无极性电容器的比较
铝电解电容器与无极性电容器的比较单元串联多电平型变频器的功率模块，与普通的低压变频器一样，采用交直交的电压源型结构，需要在二极管整流桥和IGBT逆变桥之间使用电容器稳定直流母线的电压，并吸收交流异步电机的无功分量。
这里的电容器可以有两种选择，一种是选择通用的铝电解电容器，一种是选择无极性的薄膜电容器。
铝电解电容器有两个缺点，一是运行时环境温度不能太低，应该在-25度以上，由于一般工业现场这个条件还是能够满足的，所以问题还不算太大。
另外一个是寿命问题。
铝电解电容器的寿命一般为2000-10000小时之间，这个寿命到了以后，电解电容并不是立即失效，而是电容量逐步变小，漏电流逐步增大，最后趋于损坏。
铝电解的寿命和环境温度、纹波电流、电容上承受的电压大小等因素有关。
一般当纹波电流（即充放电的电流）减小，环境温度降低，则电容器本体的温度降低；电容本体温度每降低7度（有的厂家说10度），寿命增加一倍。
另外，在设计时，电容上承受的电压也低于电容器的额定电压，这也导致电容的寿命延长。
电解电容器的标称寿命是按照额定的纹波电流、额定的电压、85度的温度下的值，而一般的变频器，电容的温度最高也就50度左右，由于很少运行到50Hz，纹波电流就低于最大值，即使是在最大值运行，纹波电流的设计值也低于电容器的额定纹波电流。
所以，按照一般的常规设计和通用变频器的运行经验，电解电容器的正常使用寿命通常在8-10年以上。
如果加强散热、改善运行环境温度，负载又比较轻，这个时间就比较长。
电解电容器的最大优点是容量/体积比，即在相同的体积内，别的电容制作工艺很难做到与电解电容相同的容量。
另外，在相同的容量下，电解电容的性价比也是最高的。
无极性的薄膜电容器最大的优点是几乎没有寿命限制，可以达到15-20年。
另外，无极性电容的电压可以定制，几乎没有限制，所以在电路中不需要串联运行。
无极性电容相比电解电容，相同容量时，体积要大一倍到两倍。
一般的变频器，只在特殊的场合使用无极性电容，比如机车牵引等。
电解电容寿命计算公式 说明(1)
代号
I0 IX
4、关于其他的寿命原因：
代号表示内容说明 最高使用温度下正常周波数的额定纹波电流(Arms)
实际使用中的纹波电流(Arms)
铝电解电容由于电解液通过封口部扩散到外部而导致磨耗故障，加速其现象的要因除上述周围温度与
纹波电流外有以下要因：
●过电压的情况
连续印加定格电压的过电压时，急速增大制品的漏电流量，这种漏电流引起发热产生气体，并导致内压
铝电解电容器的使用寿命计算公式
1、周围温度与寿命
温度对寿命的影响有静电容量的减少，损失角正接的增大，导致电解液通过封口部扩散到外部，电气
特性随时间的变化值与周围温度间成立试验公式，其关系式类似于温度增加，化学反应速度成指数倍 增加之化学反应规律式，称之为温度与铝电解电容寿命10℃法则。
LX=L0×B
W=IR2×R+VIL
代号
代号表示内容说明
W
内部的消费电力
IR
直流电流
R
内部阻抗等效串联电阻 ESR
V
印加电压
IL
漏电流
漏电流 LC最高使用温度增加到20℃的 5-10倍程度，由于 I R远大于IL，可成立如下公式：
W=IR2×R
◆ 内部发热与放热达到平衡温度的条件公式如下：
IR2×R=βA△T
代号
T0 - TX 10
代号
代号表示内容说明
L0
最高温度条件下，印加定格电压或重迭额定纹波电流时的保证寿命(hrs)
LX
实际使用中的寿命(hrs)
T0
制品的最高使用温度(℃)
Tx
实际使用时的周围温度(℃)
B：温度加速系数 温度加速系数 B，如果是最高使用温度以下时，可以用 B≈2来计算，升温 10℃，约 2倍的加速率； 设定较低的使用时的周围温度 T X，能保证长期的寿命。 2、印加电压与寿命 使用在线路板上的 RADIAL型、SNAP-IN型铝电解电容，若在最高使用温度及额定工作电压以下的情况 使用时，印加电压的影响比周围温度及直流电流的影响小，对于铝电解电容来说，实际计算可以不考虑 降压使用对寿命计算之影响。 3、纹波电流重迭时的寿命 铝电解电容比其他类的电容损失角大，会因纹波电流而内部发出热量。由于施加的纹波电压发出的热量 会导致温度上升，对寿命有很大影响，印加电流电压时的发热情况如下公式来计算：
贴片铝电解电容承认书1
红太洋实业(深圳)有限公司Rubysun Industrial Technology Co., Ltd.承认书客户名称﹕产品类别：贴片铝电解电容产品名称：产品编码：工作温度：-40℃~105℃额定电压：容量范围：使用寿命：2000~5000H主办工程：核准审核制作发行日期客戶承认栏APPROVAL COLUMN产品规格书Product Specification一、概述 SCOPE本产品规格书适用于红太洋实业（深圳）有限公司VT型片式铝电解电容器产品。
The product specification is adapted to series VT V-CHIP Aluminum Electrolytic Capacitors of Rubysun Industrial Technology Co., Ltd..二、外形图及尺寸表 Case size table单位:mm项目 Items 特性 Characteristics工作温度范围Operating TemperatureRange-40℃ ~ 105℃额定电压范围Rated Voltage Range 4V ~ 50V标称电容量范围Nominal CapacitanceRange0.1 ~ 8200 µF标称电容量允许偏差NominalCapacitance Tolerance±20%（20℃，120Hz）漏电流Leakage CurrentI≤0.01C R V R or 3(μA)，取较大者（施加额定电压2分钟）C R：标称电容量（μF） U R：额定电压（V）I≤0.01C R V R or 3(μA)) Whichever is greater(After 2 minutes’ application of rated voltage C R: Nominal Capacitance(μF) U R: Rated voltages (V)序号No 目录INDEX 备注page1 概述SCOPE2 外形尺寸图及尺寸表Case size table3 技术性能 SPECIFICATIONS4 称电容量、额定电压、额定纹波电流与外形尺寸对应表Nominal capacitance, rated voltage, rated ripple current and case size5 构造图及材料表 Frame drawing and materials6 试验方法及要求 TESTS7 标志 Marking8 片式铝电解电容的编带V- Chip Type Aluminum Electrolytic CapacitorsITEM4 ×5.45 ×5.46.3 ×5.46.3 ×7.76.3 ×10.58 ×10.58 ×12.510 ×10.510 ×12.512 .5×13.512.5 ×16.516 ×16.518 ×16.518 × 21.5A 1.8 2.1 2.4 2.4 2.4 2.9 2.9 3.2 3.2 4.8 4.8 5.8 6.8 6.8B 4.3 5.3 6.6 6.6 6.6 8.3 8.3 10.3 10.3 13 13 17 19 19C 4.3 5.3 6.6 6.6 6.6 8.3 8.3 10.3 10.3 13 13 17 19 19E 1.0 1.3 2.2 2.2 2.2 3.1 3.1 4.5 4.5 4.4 4.4 6.4 6.4 6.4L 5.4 5.4 5.4 7.7 10.5 10.5 12.5 10.5 12.5 13.5 16.5 16.5 16.5 21.5H 0.5~0.8 0.8 ~ 1.1 1.1~1.4四、称电容量、额定电压、额定纹波电流与外形尺寸对应表I~=Rated ripple current (mA) (105℃, 120VT) I~=额定纹波电流（mA）（105℃，120Hz）五、构造图及材料表 Frame drawing and materials六、试验方法及要求 TestsSPEC: 1)△C/C≤15%2) tgδ＜规定值七、标志 Marking (见外形图及尺寸表)说明：标识中的“VT”是红太洋实业（深圳）有限公司VT型贴片产品的专属系列标识。
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铝电解电容的漏电流、纹波和寿命
来源：飞鹰的博客/flyingeagle2
（此文仅为爱好者技术交流，请勿作任何商业目的使用！）
1 、漏电流
作为电介质的氧化铝层具有的一个特性：即使在 DC 正向电压施加于电容器一段时间后仍有一个微小电流持续从正电极流向负电极。
这个微小的电流即称为漏电流。
越小的漏电流表明电介质制作得越精良。
1.1漏电流的时间 / 温度 / 正向电压特性：
如上图漏电流的时间特性所示，在施加正向电压的最初数分钟的时间内会出现一个很大的漏电流（称为涌入电流，电容器如长期未施加电压后这一现象就更明显）。
随着工作时间的延续，此漏电流将衰减到一个很小的“稳定状态”值。
漏电流的温度特性见中间一图所示，一般地随着温度的升高漏电流将会变得越来越大。
漏电流的电压特性见右边一图所示，一般地随着温度的升高漏电流将会变得越来越大。
1.2 工作漏电流
指稳定持续工作下的稳定电流。
一般采用的计算公式为：漏电流I≦KCU或3µA（取数值大者），K为系数，取值在0.01～0.03之间；C为标称电容量（单位µF）；U为额定电压（单位V），漏电流I的单位为µA。
以上计算公式一般在20 ° C环境温度、测试电压为电容器的额定电压、充电时间一分钟的测试条件下使用。
不同制造商，不同规格类型的电容器，不同的应用环境（温度、所施加电压等）可能会有不同的计算方式或特征曲线，当区别对待。
1.3 无压存储对漏电流的影响
无加压存储电解电容会使氧化层恶化，在高温环境下更是如此。
这将导致电容在长期闲置存储后初始使用时会产生一个远超出额定数值的漏电流（在最初一分钟内，此数值可能会达到额定数值的 100 倍左右）。
虽然此电流将会回落到正常的额定值，但在应用电路设计中
要考虑产品长期闲置后大漏电流的冲击承受能力—例如电路中设计中的其它与此相关的电路参数是否能够承受此冲击。
2 、纹波电流
额定纹波电流 IRAC 又称为最大允许纹波电流。
其定义为：在最高温度工作温度条件下电容器最大所能承受的交流纹波电流有效值。
并且指定的纹波为标准频率（一般为100Hz/120Hz ）的正弦波。
2.1 纹波定义及其与寿命关系：
纹波电流在这里指的是流经电容器的交流电流的 RMS 值，其在电容电压上的表现为脉动或纹波电压。
电容器最大允许纹波电流受环境温度、电容器表面温度（及散热面积）、损耗角度（或 ESR ）以及交流频率参数的限制。
温度是电解电容器件寿命的决定性因素，因此由纹波产生的热损耗将成为电容寿命的一个关键参考因数。
2.2 纹波与频率：
电解电容的损耗因子（其与 ESR 有关）随所施加电压的频率不同而不同。
故电容的纹波承受度不简单是一个固定量，跟其纹波频率还成一关系。
规格书目中提供的某一数值往往指的是 100 或 120 Hz 的频率，或是一些特定的频率条件下。
对于其它频率情况规格书通常会提供一个转换因数。
2.3 纹波与温度：
额定纹波电流是在最高工作温度条件下定义的数值。
而实际应用中电容的纹波承受度还跟其使用环境温度及电容自身温度等级有关。
规格书目通常会提供一个在特定温度条件下各温度等级电容所能够承受的最大纹波电流。
甚至提供一个详细图表以帮助使用者迅速查找到在一定环境温度条件下要达到某期望使用寿命所允许的电容纹波量。
3 、自寿命及负载寿命
3.1 自寿命
当电解电容在不充电状态下长期放置之后，漏电流及 ESR 将会逐渐增大，而容量会逐渐衰减。
然而常温条件下普通电容两年左右的存储以及低漏电流电容约半年的存存储都不会令这些参数有太大的恶化，故一般情况下这些特性都不会在实际应用中带来麻烦。
这种变化往往被解释为电解液与氧化铝薄膜间的化学反应所致。
另一个致使漏电流增大的原因是电解液渗透到氧化膜缺陷处并替代氧气扩散，以阻止缺陷处暴露于电解液高温的环境将令密封材质的密封力度逐渐衰减，从而加速电解液的挥散。
这些都会致使电容器参数的恶化。
一般规格书目会提供一个上限温度情况下的自寿命值（多长的时间之后，容量值、损耗角、漏电流等关键参数能够保持在多少的范围之内）。
3.2 负载寿命
当电解电容被长时间施加了一定的 DC 电压及纹波电流之后，一些关键参数将会往不良方面发展（容量衰减、损耗角增大等）。
规格书目将对这些变化量进行规范并据此定义其电容器件的寿命。
在负载寿命测试中（施加了一定的 DC 电压及纹波电流），漏电流往往都保持着很小的一个数量值，这是由于其间的 DC 电压一直在对作为电介质的氧化铝层进行修复作用（消耗电解液）。
容量及损耗角的改变主要是由于电解液的消耗（挥散及自身分解）所致。
高温环境会加快电解液的消耗速度，故负载寿命的计算其实就是归结为器件内部温度的求解过程。