电解电容寿命设计

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。

电容的导电能力由电解液的电离能力和粘度决定。当温度降低时，电解液粘度增加，因而离子移动性和导电能力降低。当电解液冷冻时，离子移动能力非常低以致非常高的电阻。相反，过高的热量将加速电解液蒸发，当电解液的量减少到一定极限时，电容寿命也就终止了。 直接和间接地提高电容寿命的主要因素是哪些呢？

应用于电力电子领域的电解电容经常工作在高纹波电流状态和较高的环境温度中，

可以用以下三种方式延长工作寿命

· 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。而 ESR 值与频率具有相关性，这增加了计算电容能量损失的复杂性。但 Evox Rifa 公司的设计提供了较平坦的 ESR 特性，即使在较低的交流频率下仍有较好的 ESR 性能，通常情况下，频率高时， ESR 值较低。

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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。芯包上的电极引接片越多，电容的 ESR 值越低。然而，电极引接片的数量受到电容稳定性的限制（取决于连接电极引接片和电极的加工过程）。借助于 Evox Rifa 公司开发的激光焊接技术，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。将 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（ R th . ） 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）。

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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。同时，如果对具体应用有较好的理解。 电容寿命结束的定义

如先前所讨论过的，温升是最关键的因素。电容越热，电容的寿命越短。温度不断的升高将在电容的容值、电解液导电性、铝材料的热阻、漏电流、化学性能的不稳定和腐蚀过程各方面引起变化。

随着电容的老化，容值降低， ESR 值增加，电容寿命要根据具体应用来界定。在某些电路中，如果只允许容值和 ESR 值发生很小的变化，那和允许较大的允差情况相比，意味着电容会在较短的时间内失效。 ESR 值由三部分引起的 ：随着温升而增加的电极引接片和铝箔之间的电阻，随着温升而迅速降低的电解液的电阻（氧化层），和随着频率增加而降低的电介质的电阻。最后一部分在频率高于 1.5 KHz. 时可忽略。

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电容寿命结束是基于几个给定参数值的变化量而定义的。这些参数是容值（ C ）、等效串联电阻（ ESR ）、损耗角（ DF ）和漏电流 (I L ) 。

各生产商根据其电容的性能，对电容的寿命有不同的定义。

电容寿命结束的定义基于以下参数值：

D C = 15% for V r ￡ 160 VDC (V r = 额定电压 ). 10% for V r > 160 VDC. ESR 3 2 倍初始值 DF (tan d ) 3 1.3 倍额定值 I L 3 额定值 减少成本

尽管对电容的具体要求有所不同，但通常处理高纹波电流时都会要求电容具有较大的容值。在某种程度上来说这是必要的，但因各生产厂商生产技术各不相同，为满足某一纹波电流和工作寿命所需的电容容值也不相同。因此，根据不同的电容设计，某供应商的电容容值有时高于另一家的。

电容的设计、材料和制作工序都决定了电容的寿命和稳定性。好的设计可使较小的电容容值就能满足应用中的纹波电流的要求，尤其是在一些纹波电流负载要求不高，容值要求较低的电路应用中。也就是说，某容值的电容在电路中可能工作良好，但由于高纹波电流导致工作寿命太短。这种情况下，必须选择―过设计‖电容去适应电流环境。而对于设计良好的电解电容，减少了―过设计‖的需要，从而在相当程度上尽可能节约了成本。

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