铝电解电容器常见缺陷的规避方法
因其低成本的特点,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置金属薄片。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摄氏度,电容器寿命延长一倍。电容器额定寿命通常为在其Z大额定温度下得出的结果。典型的额定寿命为105摄氏度下1000小时。选择这些电容器用于图1所示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摄氏度。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摄氏度。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。您首先想到的可能是增加电容器额定电压来Z小化电介质失效的机率。但是,这样做会使电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,如图2所示。在这种情况下,-40oC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。
总之,铝电解电容器通常是Z低成本的选择。但是,您需要确定其缺点是否会对应用产生不利影响。您需要通过其工作温度,考虑其寿命长短。另外,您还要适当地降低其额定电压,这样您才能实现Z低温度运行,从而获得Z长的使用寿命。Z后,您需要理解必须使用的ESR范围,这样您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。(来源:中国铝业网)