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影响电解电容寿命的原因(二)


1丶设计上考虑因素

在非固态电解液的电容里,电介质为阳极铝箔氧化层。电解液作为阴极铝箔和阳极铝箔氧化层之间的电接触。吸收电解液的纸介层成为阴极铝箔与阳极铝箔之间的隔离层,铝箔通过电极引接片连接到电容的终端。

通过降低ESR值,可减少电容内由纹波电流引起的内部温升。这可通过采用多个电极引接片、激光焊接电极等措施实现。

ESR值和纹波电流决定了电容的温升。促使电容能有满意的ESR值的主要措施之一是:通常用一个或多个金属电极引接片连接外部电极和芯包,降低芯包和引脚之间的阻抗。芯包上的电极引接片越多,电容的ESR值越低。借助于激光焊接技术,可在芯包上加上更多的电极引接片,因此使电容能达到较低的ESR值。这也意味着电容能经受更高的纹波电流和具有较低内部温升,也就是说更长的工作寿命。这样做也有利于提高电容抗击震动的能力,否则有可能导致内部短路、高的漏电流、容值损失、ESR值的上升和电路开路。

通过对电容芯包和铝壳底部之间良好的机械接触及通过芯包中间的热沉,可将电容内部热量有效地从铝壳底部释放到与之联接的底板。

内部热传导设计对于电容的稳定性和工作寿命极其重要。在EvoxRifa公司的设计中,负极铝箔被延长到可直接接触电容铝壳厚的底部。这底部就成为芯包的散热片,以使热点的热量能释放。如选用带螺栓安装方式,安全地将电容安装到底板上(通常为铝板),可得到更为全面的具有较低热阻(Rth.)的热传导解决方案。

通过采用整体绕注有电极的酚醛塑料盖和双重的特制的封垫与铝壳紧密咬合,可大大减少电解液的损失。

电解液通过密封垫的蒸发决定了长寿命的电解电容工作时间。当电容的电解液蒸发到一定程度,电容将最终失效(这个结果会因内部温升而加速)。EvoxRifa公司设计的双层密封系统可减缓电解液蒸发速度,使电容达到其最长的工作寿命。

以上这些特性保证了电容在要求的领域中具有很长的工作寿命。

3.2、影响寿命的应用因素

根据寿命公式,可以得出影响寿命的应用因素为:纹波电流(IRMS)、环境温度(Ta)、从热点传递到周围环境的总的热阻(Rth)。

1.纹波电流

纹波电流的大小,直接影响电解电容内部的热点温度。查询电解电容的使用手册,就可以得到纹波电流的允许范围。如果超出范围,可以采用并联方式解决。

2.环境温度(Ta)和热阻(Rth)

根据热点温度的公式,铝电解电容的应用环境温度也是重要因素。在应用时,可以考虑环境散热方式、散热强度、电解电容与热源的距离、电解电容的安装方式等。

电容器内部的热量,总是从温度最高的“热点”向周围温度相对较低的部分传导。热量传递的途径有几种:其一是通过铝箔和电解液传导。如果电容被安装在散热片上,一部分热量还将通过散热片传递到环境中。不同的安装方式和间距和散热方式都将影响电容到环境的热阻。从“热点”传递到周围环境中的总热阻用Rth来表示。采用夹片安装,将电容安装在热阻为2℃/W的散热片上,所得到的电容热阻值Rth=3.6℃/W;采用螺栓安装方式,将电容安装在热阻为2℃/W散热片上、强迫风冷速率为2m/s时,所得到的电容热阻值Rth=2.1℃/W。(以PEH200OO427AM型电容为例,环境周围温度为85℃)。

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