鋁電解電容的漏電流和使用壽命

1、(此文僅為愛好者技術(shù)交流,請(qǐng)勿作任何商業(yè)目的使用! 1 、 漏電流作為電介質(zhì)的氧化鋁層具有的一個(gè)特性:即使在 DC 正向電壓施加于電容器一段時(shí)間 后仍有一個(gè)微小電流持續(xù)從正電極流向負(fù)電極。 這個(gè)微小的電流即稱為漏電流。 越小的漏電 流表明電介質(zhì)制作得越精良。1.1漏電流的時(shí)間 / 溫度 / 正向電壓特性: 如上圖漏電流的時(shí)間特性所示, 在施加正向電壓的最初數(shù)分鐘的時(shí)間內(nèi)會(huì)出現(xiàn)一個(gè)很大 的漏電流(稱為涌入電流,電容器如長(zhǎng)期未施加電壓后這一現(xiàn)象就更明顯 。隨著工作時(shí)間 的延續(xù),此漏電流將衰減到一個(gè)很小的 “ 穩(wěn)定狀態(tài) ” 值。漏電流的溫度特性見中間一圖所示, 一般地隨著溫度的升高漏電流將會(huì)變得越來

2、越大。 漏電流的電壓特性見右邊一圖所示, 一般 地隨著溫度的升高漏電流將會(huì)變得越來越大。1.2 工作漏電流指穩(wěn)定持續(xù)工作下的穩(wěn)定電流。 一般采用的計(jì)算公式為:漏電流 I KCU 或 3µA(取數(shù) 值大者 , K 為系數(shù),取值在 0.010.03之間; C 為標(biāo)稱電容量(單位 µF ; U 為額定電壓 (單位 V , 漏電流 I 的單位為 µA。以上計(jì)算公式一般在 20 ° C環(huán)境溫度、 測(cè)試電壓為電容 器的額定電壓、充電時(shí)間一分鐘的測(cè)試條件下使用。不同制造商,不同規(guī)格類型的電容器, 不同的應(yīng)用環(huán)境 (溫度、 所施加電壓等 可能會(huì)有不同的計(jì)算方式或特征曲線

3、, 當(dāng)區(qū)別對(duì)待。 1.3 無壓存儲(chǔ)對(duì)漏電流的影響無加壓存儲(chǔ)電解電容會(huì)使氧化層惡化, 在高溫環(huán)境下更是如此。 這將導(dǎo)致電容在長(zhǎng)期閑 置存儲(chǔ)后初始使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)遠(yuǎn)超出額定數(shù)值的漏電流 (在最初一分鐘內(nèi), 此數(shù)值可能會(huì) 達(dá)到額定數(shù)值的 100 倍左右 。 雖然此電流將會(huì)回落到正常的額定值, 但在應(yīng)用電路設(shè)計(jì)中要考慮產(chǎn)品長(zhǎng)期閑置后大漏電流的沖擊承受能力 例如電路中設(shè)計(jì)中的其它與此相關(guān)的電 路參數(shù)是否能夠承受此沖擊。2 、 紋波電流額定紋波電流 IRAC 又稱為最大允許紋波電流。其定義為:在最高溫度工作溫度條件 下電容器最大所能承受的交流紋波電流有效值。并且指定的紋波為標(biāo)準(zhǔn)頻率(一般為100Hz/12

4、0Hz 的正弦波。2.1 紋波定義及其與壽命關(guān)系:紋波電流在這里指的是流經(jīng)電容器的交流電流的 RMS 值,其在電容電壓上的表現(xiàn)為 脈動(dòng)或紋波電壓。電容器最大允許紋波電流受環(huán)境溫度、電容器表面溫度(及散熱面積 、 損耗角度(或 ESR 以及交流頻率參數(shù)的限制。溫度是電解電容器件壽命的決定性因素, 因此由紋波產(chǎn)生的熱損耗將成為電容壽命的一個(gè)關(guān)鍵參考因數(shù)。2.2 紋波與頻率:電解電容的損耗因子(其與 ESR 有關(guān)隨所施加電壓的頻率不同而不同。故電容的紋 波承受度不簡(jiǎn)單是一個(gè)固定量, 跟其紋波頻率還成一關(guān)系。 規(guī)格書目中提供的某一數(shù)值往往 指的是 100 或 120 Hz 的頻率,或是一些特定的頻率條

5、件下。對(duì)于其它頻率情況規(guī)格書通 常會(huì)提供一個(gè)轉(zhuǎn)換因數(shù)。2.3 紋波與溫度:額定紋波電流是在最高工作溫度條件下定義的數(shù)值。 而實(shí)際應(yīng)用中電容的紋波承受度還 跟其使用環(huán)境溫度及電容自身溫度等級(jí)有關(guān)。 規(guī)格書目通常會(huì)提供一個(gè)在特定溫度條件下各 溫度等級(jí)電容所能夠承受的最大紋波電流。 甚至提供一個(gè)詳細(xì)圖表以幫助使用者迅速查找到 在一定環(huán)境溫度條件下要達(dá)到某期望使用壽命所允許的電容紋波量。3 、 自壽命及負(fù)載壽命3.1 自壽命當(dāng)電解電容在不充電狀態(tài)下長(zhǎng)期放置之后, 漏電流及 ESR 將會(huì)逐漸增大, 而容量會(huì)逐 漸衰減。 然而常溫條件下普通電容兩年左右的存儲(chǔ)以及低漏電流電容約半年的存存儲(chǔ)都不會(huì) 令這些參數(shù)

6、有太大的惡化,故一般情況下這些特性都不會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中帶來麻煩。這種變化往往被解釋為電解液與氧化鋁薄膜間的化學(xué)反應(yīng)所致。另一個(gè)致使漏電流增大的原因是電解液滲透到氧化膜缺陷處并替代氧氣擴(kuò)散, 以阻止缺 陷處暴露于電解液高溫的環(huán)境將令密封材質(zhì)的密封力度逐漸衰減,從而加速電解液的揮散。 這些都會(huì)致使電容器參數(shù)的惡化。一般規(guī)格書目會(huì)提供一個(gè)上限溫度情況下的自壽命值 (多長(zhǎng)的時(shí)間之后, 容量值、 損耗 角、漏電流等關(guān)鍵參數(shù)能夠保持在多少的范圍之內(nèi) 。3.2 負(fù)載壽命當(dāng)電解電容被長(zhǎng)時(shí)間施加了一定的 DC 電壓及紋波電流之后,一些關(guān)鍵參數(shù)將會(huì)往不 良方面發(fā)展(容量衰減、損耗角增大等 。規(guī)格書目將對(duì)這些變化量進(jìn)行規(guī)范并據(jù)此定義其 電容器件的壽命。在負(fù)載壽命測(cè)試中 (施加了一定的 DC 電壓及紋波電流 , 漏電流往往都保持著很小的 一個(gè)數(shù)量值,這是由于其間的 DC 電壓一直在對(duì)作為