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铝电解电容是如何跟随他们终端的变化而变化的呢?
- 2019-04-02-

大型品铝电解电容是如何跟随他们终端的变化而变化的呢?我们今天一同来看看他们的进化史。

开关电源以小型、轻量和高效率的特性被普遍应用于各种通讯设备、家用电器、计算机等终端设备。而铝电解电容作为开关电源中一次和二次回路滤波电路中最重要的器件之一,也跟随着开关电源的进化趋向不时进化。

如今我们来细说一下它们的“进化趋向”:

1 大容量、小体积

我们都晓得,大型品铝电解电容器大多是卷绕构造,这样一来体积变大就成了硬伤。费事就在于开关电源请求相同电容量的状况下有越来越小的体积。在开关电源的原边采用有源滤波器电路,则铝电解电容的运用环境变得比以前更为残酷:

(1)高频脉冲电流主要是20 kHz~100kHz的脉动电流且大幅度增加;

(2)变换器的主开关管发热,招致铝电解电容器的四周温度升高;

(3)变换器多采用升压电路,因而请求耐高压的铝电解电容器。

这样一来,应用以往技术制造的铝电解电容器, 由于要吸收比以往更大的脉动电流,不得不选择大尺寸电容器。这种选择会招致电源体积过于庞大,难以适用于小型化电子设备。为理解决这些难题,必需开发一种小体积、耐高压,且允许流过大量高频脉冲电流的新型电解电容器。另外,这种电解电容器,在高温环境下工作,工作寿命还须比拟长。

2 高温、短命命化

就100μF以上的中、大容量产品来说,占领价钱优势的铝电解电容应用最为普遍。但近几年防止运用铝电解电容的状况正在增加。究其缘由,就卡在寿命的短板上。“关于铝电解电容这种寿命有限的元件,能不用则不用”,电源模块制造厂家工程师表示,铝电解电容内部的电解液会蒸发或产生化学变化,招致静电容量减少或等效串联电阻(ESR)增大,随着时间的推移,电容性能肯定会劣化。

事实上电解电容器的寿命与电容器长期工作的环境温度成负相关性。

普通电解电容器在环境温度为90℃时曾经损坏,但如今有很多品种的电解电容器的工作环境温度已高于90℃,经过电解电容器的交流电流和额定脉冲电流的比为0.5时,寿命依然为10000h,但是假如温度上升到95℃时,电解电容器即曾经损坏。

另一方面,电解电容器的寿命还与电容器长时间工作的交流电流与额定脉冲电流(普通是指在85℃的环境温度下测试值,但是有一些耐高温的电解电容器是在125℃时测试的数据)的比值有关。普通而言比值越大则寿命越短,当流过电解电容器的电流为额定电流的3.8倍时,电解电容器普通都会损坏。

3 高频低阻抗化

虽然开关频率有所不同,但开关电源的输出整流滤波电容器作用根本相同,主要是经过应用滤波电容器吸收开关频率及其高次谐波频率的电流重量而滤除其纹波电压重量。

在开关电源输出端用的滤波电容,与工频电路当选用的滤波电容并不一样,在工频电路中用作滤波的普通电解电容器,其上的脉动电压频率仅有100Hz,充放电时间是毫秒数量级,为取得较小的脉动系数,需求的电容量高达数十万微法,因此普通低频用普通铝电解电容器制造目的是以进步电容量为主,电容器的电容量、损耗角正切值以及漏电流是鉴别其优劣的主要参数。

在开关稳压电源中作为输出滤波用的电解电容器,由于大多数的开关电源工作在方波或矩形波的状态,含有丰厚的高次谐波电压与电流,其上锯齿波电压的频率高达数十千赫,以至数十兆赫,它的请求和低频应用时不同,电容量并不是主要指标,权衡它好坏的则是它的阻抗频率特性。 要使输出滤波用电容器在高频下低阻抗化,必需降低等效串联电阻。

4 耐纹波电流

影响大型品铝电解电容器性能的最主要的参数之一就是纹波电流问题。纹波电流对铝电解电容器的影响主要是在ESR上产生功耗使铝电解电容器发热,进而缩短运用寿命。纹波电流在ESR上产生的损耗与纹波电流有效值的平方成正比,因此随着纹波电流的增加,小时寿命曲线相似于抛物线函数曲线。

普通而言,反激式变换器产生的开关变换电流相对最大。就平板电视为例,为了能接受大电流,需进一步降低电容的ESR。

假如ESR小,则在有大电流活动时,电容输出电压的降落量也小。随同着电流增大而来的降低ESR的请求,有可能成为推进电容交换进程的主要缘由。相关于铝电解电容将近1Ω的ESR来说,多层陶瓷电容的ESR很小,还不到10mΩ。导电性高分子电容的ESR通常为几十mΩ,ESR比拟小的则在10mΩ以下。铝电解电容也在开发ESR比拟小的品,其ESR大约是普通产品的1/2~1/3。

5 高牢靠性

作为输入滤波战争滑作用的铝电解电容器,它的质量和牢靠性直接影响到开关电源的牢靠性。一旦铝电解电容器失效,就会招致开关稳压电源的毛病。

开关稳压电源用铝电解电容器的失效形式有击穿失效、开路失效、漏液失效及电参数超差失效。

其中击穿失效又分为介质击穿和热击穿,关于大功率和大电流输出的开关电源用电解电容器,热击穿失效常占一定比例;电腐蚀招致铝引出条断裂和电容器芯子干涸,使开关稳压电源用铝电解电容器开路失效的主要失效形式;漏液是开关稳压电源用铝电解电容器常见的失效形式,由于运用环境及工作状态较残酷,常发作漏液失效;开关稳压电源用铝电解电容器在运用中最常见的失效形式是电容量减少、漏电流增大及损耗角正切值增大。

总结

随着电子设备的小型化,越来越请求电解电容用具有更好的频率特性、更低ESR、更低阻抗、 更低ESL,更高耐压性能、无铅化,这也是电解电容器今后的开展方向。

小型化、大容量化的电容器能够经过运用铌、钛等新型介电资料及构造方面的改良来到达。

而低ESR、低ESL化能够经过新型电解质的开发优化工艺及结构来完成,同时产品将向更高的电压方向开展。

在开展一日千里的信息技术范畴,电容器将一直是关键元件之一,我们将应用新技术、新资料不时地开发出顺应信息时期需求的高性能电容器。