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。
一、電解電容的壽命取決于其內(nèi)部溫度
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。
二、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。
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(fēng)冷速率為2m/s時,所得到的電容熱阻值Rth = 2.1℃/W。(以**型電容為例,環(huán)境周圍溫度為85℃)。
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。
電容必須正確安裝才能達到它的設(shè)計工作壽命。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(fēng)冷,將電容安裝在進風(fēng)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。
電容的諧振頻率(fR),因電容器種類不同而不同。對于焊片式和螺栓連接式鋁電解電容,諧振頻率在1.5kHz至150kHz之間。如果電容器在高于諧振頻率時使用,對外特性呈感性。
4、結(jié)語
綜上所述,在避免非正常失效的情況下,選擇正確的應(yīng)用條件和環(huán)境,電解電容的壽命是可以保障的。