電解電容在各類電源及電子產(chǎn)品中是不可替代的元器件，這些電子產(chǎn)品中由于應(yīng)用環(huán)境的原因，使它成為最脆弱的一環(huán)，所以，電解電容的壽命也直接影響了電子產(chǎn)品的使用壽命。

一、電解電容失效模式與因素概述

????????鋁電解電容器正極、負(fù)極引出電極和外殼都是是高純鋁，鋁電解電容器的介質(zhì)是在正極表面形成的三氧化二鋁膜，真正的負(fù)極是電解液，工作時(shí)相當(dāng)一個(gè)電解槽，只不過正極表面的陽極氧化層已經(jīng)形成，不再發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，理論上電流為零，由于電極與電解液雜質(zhì)的存在，會(huì)引起微小的漏電流。從現(xiàn)象上看，鋁電解電容器常見的失效現(xiàn)象與失效模式有：電解液干涸、壓力釋放裝置動(dòng)作、短路、開路（無電容量)、漏電流過大等。

如果電解電容在質(zhì)量上沒有問題，失效問題的出現(xiàn)就是出現(xiàn)在應(yīng)用環(huán)境中。電解電容設(shè)計(jì)應(yīng)用環(huán)境主要有：環(huán)境溫度、散熱方式、電壓、電流參數(shù)等。

對電容器的應(yīng)用者而言，短路、開路屬于“災(zāi)難性的失效”，或者說是：“致命的失效”，使其完全完喪失了電容器的功能。其他幾類失效模式（即由第二類因素造成的失效），一般歸為“劣化失效”， 或者說是“耗盡失效”。

二、電解電容的失效機(jī)理

（1）高溫環(huán)境或發(fā)熱導(dǎo)致點(diǎn)解電容壽命的終了

????????通常電解電容器壽命的終了評判依據(jù)是電容量下降到額定（初始值）的80%以下。由于早期電解電容的電解液充盈，電解電容的電容量在工作早期緩慢下降。隨著負(fù)荷過程中工作電解液不斷修補(bǔ)倍雜質(zhì)損傷的陽極氧化膜所致電解液逐漸減少。到使用后期，由于電解液揮發(fā)而減少，粘稠度增大的電解液就難于充分接觸經(jīng)腐蝕處理的粗糙的鋁箔表面上的氧化膜層，這樣就使電解電容的極板有效面積減?。搓枠O、陰極鋁箔容量減少，引起電容量急劇下降）。因此，可以認(rèn)為電解電容的容量降低是由于電解液揮發(fā)造成。而造成電解液的揮發(fā)的最主要的原因就是高溫環(huán)境或發(fā)熱。

????????電容的導(dǎo)電能力由電解液的電離能力和粘度決定。當(dāng)溫度降低時(shí)，電解液粘度增加，因而離子移動(dòng)性和導(dǎo)電能力降低。當(dāng)電解液冷凍時(shí)，離子移動(dòng)能力非常低以致非常高的電阻。相反，過高的熱量將加速電解液蒸發(fā)，當(dāng)電解液的量減少到一定極限時(shí)，電容壽命也就終止了。在高寒地區(qū)（一般－25℃以下）工作時(shí)，就需要進(jìn)行加熱，保證電解電容的正常工作溫度。如室外型UPS，在我國東北地區(qū)都配有加熱板。

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（2）電解電容的ESR產(chǎn)生損耗并轉(zhuǎn)變成熱使其發(fā)熱。

????????理論上，一個(gè)完美的電容，自身不會(huì)產(chǎn)生任何能量損失，但是實(shí)際上，因?yàn)橹圃祀娙莸牟牧嫌须娮?，電容的絕緣介質(zhì)有損耗，各種原因?qū)е码娙葑兊貌煌昝?。這個(gè)損耗在外部，表現(xiàn)為就像一個(gè)電阻跟電容串連在一起，所以就起了個(gè)名字叫做等效串聯(lián)電阻(ESR)。

ESR的出現(xiàn)導(dǎo)致電容的行為背離了原始的定義。

????????比如，我們認(rèn)為電容上面電壓不能突變，當(dāng)突然對電容施加一個(gè)電流，電容因?yàn)樽陨沓潆姡妷簳?huì)從0開始上升。但是有了ESR，電阻自身會(huì)產(chǎn)生一個(gè)壓降，這就導(dǎo)致了電容器兩端的電壓會(huì)產(chǎn)生突變。無疑的，這會(huì)降低電容的濾波效果，所以很多高質(zhì)量的電源都使用低ESR的電容器。

????????由于應(yīng)用條件使電解電容發(fā)熱的原因是電解電容在工作在整流濾波（包括開關(guān)電源輸出的高頻整流濾波）、功率電爐的電源旁路時(shí)的紋波（或稱脈動(dòng)）電流流過電解電容，在電解電容的ESR產(chǎn)生損耗并轉(zhuǎn)變成熱使其發(fā)熱。當(dāng)電解電容電解液蒸發(fā)較多、溶液變稠時(shí)，電阻率因粘稠度增大而上升，使工作電解質(zhì)的等效串聯(lián)電阻增大，導(dǎo)致電容器損耗明顯上升，損耗角增大。例如對于105度工作溫度的電解電容器，其最大芯包溫度高于125度時(shí)，電解液粘稠度驟增，電解液的ESR增加近十倍。增大的等效串聯(lián)電阻會(huì)產(chǎn)生更大熱量，造成電解液的更大揮發(fā)。如此循環(huán)往復(fù)，電解電容容量急劇下降，甚至?xí)斐杀ā?/p>

（3）漏電流增加往往導(dǎo)致電解電容失效。

????????應(yīng)用電壓過高和溫度過高都會(huì)引起漏電流的增加。而漏電流增加往往導(dǎo)致鋁電解電容器失效。

????????鋁電解電容器的漏電流就是電化學(xué)過程，前面因素概述中已經(jīng)詳盡論述，這里不再贅述。電化學(xué)過程將產(chǎn)生氣體，這些氣體的聚積將造成鋁電解電容器的內(nèi)部氣壓上升，最終達(dá)到壓力釋放裝置動(dòng)作泄壓。

電壓過高：

????????電容器在過壓狀態(tài)下容易被擊穿，而實(shí)際應(yīng)用中的浪涌電壓和瞬時(shí)高電壓是經(jīng)常出現(xiàn)的。尤其我國幅員遼闊，各地電網(wǎng)復(fù)雜，因此，交流電網(wǎng)很復(fù)雜，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)超出正常電壓的30%，尤其是單相輸入，相偏會(huì)加重交流輸入的正常范圍。經(jīng)測試表明，常用的450V/470uF105℃的進(jìn)口普通2000小時(shí)電解電容，在額定電壓的1.34倍電壓下，2小時(shí)后電容會(huì)出現(xiàn)漏液冒氣，頂部沖開。根據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，與電網(wǎng)接近的通信開關(guān)電源PFC輸出電解電容的失效，主要是由于電網(wǎng)浪涌和高壓損壞。鋁電解電容的電壓選擇一般進(jìn)行二級降額，降到額定值的80％使用較為合理。

溫度過高： ??????

????????鋁電解電容器溫度過高可能是環(huán)境溫度過高，如鋁電解電容器附近有發(fā)熱元件或整個(gè)電子裝置就出在高溫環(huán)境；電解電容溫度過高的第二個(gè)原因是芯包溫度過高。電解電容芯包溫度過高的根本原因是電解電容流過過高的紋波電流。過高的紋波電流在電解電容的ESR中產(chǎn)生過度的損耗而產(chǎn)生過度的發(fā)熱使電解液沸騰產(chǎn)生大量氣體使電解電容內(nèi)部壓力及急劇升高時(shí)壓力釋放裝置動(dòng)作。

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????????通常鋁電解電容器的芯包核心溫度每降低10℃，其壽命將增大到原來的一倍。這個(gè)核心大致位于電容器的中心，是電容器內(nèi)部最熱的點(diǎn)?？墒?，當(dāng)電容器升溫接近其最大允許溫度時(shí)，對于大多數(shù)型號(hào)電容器在125℃時(shí)，其電解液要受到電容器芯包的排擠(driven)，導(dǎo)致電容器的ESR增大到原來的10倍。在這種作用下，瞬間超溫或過電流可以使ESR永久性的增大，從而造成電容器失效。在高溫和大紋波電流的應(yīng)用中特別要警惕瞬時(shí)超溫發(fā)生的可能，還要額外注意鋁電解電容器的冷卻。

電解電容壓力釋放裝置（頂部的K或者十，不同的廠家略有區(qū)別）：

????????為了防止電解電容中電解液由于內(nèi)部高溫沸騰的氣體或電化學(xué)過程而產(chǎn)生的氣體而引起內(nèi)部高氣壓造成電解電容的爆炸。為了消除電解電容的爆炸，電解電容均設(shè)置了壓力釋放裝置，這些壓力釋放裝置在電解電容內(nèi)部的氣壓達(dá)到尚未使電解電容爆炸的危險(xiǎn)壓力前動(dòng)作，泄放出氣體。隨著電解電容的壓力釋放裝置的動(dòng)作，電解電容即宣告失效。

電解液干涸是鋁電解電容器失效的最主要原因電解液干涸的原因
電解液自然揮發(fā)電解液的消耗電解液自然揮發(fā)。
電解液的揮發(fā)速度隨溫度的升高。
電解液的揮發(fā)速度與電容器的密封質(zhì)量有關(guān)，無論在高溫還是在低溫條件下都要有良好的密封性。
電解液的消耗
漏電流所引起的電化學(xué)效應(yīng)消耗電解液，鋁電解電容器的壽命隨漏電流增加而減少。
漏電流隨溫度的升高而增加：25℃時(shí)漏電流僅僅是85℃時(shí)漏電流的不到十分之一，漏電流隨施加電壓升高而增加：耐壓為400V的鋁電解電容器在額定電壓下的漏電流大約是90%額定電壓下的漏電流的5倍。

三、影響電解電容使用壽命的因素總結(jié)：

• 第一，當(dāng)然是我們上面所說的使用環(huán)境溫度，與環(huán)境溫度的高低有關(guān)。

溫度高——>電解液蒸發(fā)變多、溶液變稠——>電阻率因粘稠度增大而上升——>ESR隨之增大——>損耗跟著上升，同時(shí)損耗角增大——>熱量繼續(xù)變大，循環(huán)反復(fù)，容量急劇下降，壽命減少。

• 第二，與紋波電流有關(guān)，這是由于熱應(yīng)力對電解電容器的使用壽命有直接性的影響，因此，由紋波電流產(chǎn)生的熱損耗是影響電解電容使用壽命的一大重要因素。

????????熱應(yīng)力：溫度改變時(shí)，物體由于外在約束以及內(nèi)部各部分之間的相互約束，使其不能完全自由脹縮而產(chǎn)生的應(yīng)力。又稱變溫應(yīng)力。

????????紋波電流：流過電解電容器的交流分量電流，他受環(huán)境溫度和交流頻率的影響，環(huán)境溫度不同，紋波電流的額定允許值不同。而當(dāng)環(huán)境溫度一定時(shí)，在允許范圍內(nèi)，流過的紋波電流越大，電解電容器的使用壽命越短。

??????? 紋波電流大——>在ESR中產(chǎn)生損耗并轉(zhuǎn)變成熱量——>電解液蒸發(fā)變多、溶液變稠——>電阻率因粘稠度增大而上升——>ESR隨之增大——>損耗跟著上升，同時(shí)損耗角增大——>熱量繼續(xù)變大，循環(huán)反復(fù)，容量急劇下降，甚至?xí)斐杀ā?/span>

• 第三，與電容ESR有關(guān)。

????????ESR中產(chǎn)生損耗并轉(zhuǎn)變成熱量——>電解液蒸發(fā)變多、溶液變稠——>電阻率因粘稠度增大而上升——>ESR隨之增大——>損耗跟著上升，同時(shí)損耗角增大——>熱量繼續(xù)變大，循環(huán)反復(fù)，容量急劇下降，甚至?xí)斐杀ā?/span>

• 第四，與漏電流有關(guān)，漏電流增加往往導(dǎo)致電解電容失效。

??????? 漏電流增加——>產(chǎn)生電化學(xué)反應(yīng)——>電解液被消耗——>壽命減少。

• 第五，與電壓過高有關(guān)。

????????浪涌電壓和瞬時(shí)高電壓——>被擊穿損壞。

原文引用出處：

電解電容的失效機(jī)理、壽命推算和防范質(zhì)量陷阱-電子發(fā)燒友網(wǎng)我的圖文https://m.elecfans.com/article/555125.html文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-720855.html

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