电解电容寿命设计

温度 ( ° C) 0 乘积因子（典0 ． 5 型值） 20 1 50 4 60 5 70 6 85 10 125 12 ． 5 Nichicon 提供其 AI 的漏电流特征曲线：

1.3 漏电流的测试标准（ Leakage current for acceptance test I L ）

依据标准 EN 130 300 ，当以额定电压正向施加于电容器 5 分钟时刻测试得到漏电流作为标准值。 对于双极型，数值当乘以 2 作为判定标准。判定标准如下：

温度乘积变换如下 温度 ( ° C) 15 乘积因子（典0 ． 8 型值） 仲裁测试被指定于 20 ° C 条件下。依据标准 IEC 60384-4 ，漏电流合格与否的仲裁还需要先对电容器进行一个称为重整（ Reforming ）的预处理，然后再进行测试。如不进行重整预处理漏电流测试就已经符合标准，那么预处理工作就可省略掉。

1.4 无压存储对漏电流的影响 ( voltage-free storage)

无加压存储电解电容会使氧化层恶化，在高温环境下更是如此。这将导致电容在长期闲置存储后初始使用时会产生一个远超出额定数值的漏电流（在最初一分钟内，此数值可能会达到额定数值的 100 倍左右）。虽然此电流将会回落到正常的额定值，但在应用电路设计中要考虑产品长期闲置后大漏电流的冲击承受能力—例如电路中设计中的其它与此相关的电路参数是否能够承受此冲击。

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20 1 25 1 ． 5 30 2 35 2 ． 5 2 、 纹波电流（ IRAC ）

额定纹波电流 IRAC 又称为最大允许纹波电流。其定义为：在最高温度工作温度条件下电容器最大所能承受的交流纹波电流有效值。并且指定的纹波为标准频率（一般为 100Hz/120Hz ）的正弦波。 2.1 纹波定义及其与寿命关系：

纹波电流在这里指的是流经电容器的交流电流的 RMS 值，其在电容电压上的表现为脉动或纹波电压。电容器最大允许纹波电流受环境温度、电容器表面温度（及散热面积）、损耗角度（或 ESR ）以及交流频率参数的限制。温度是电解电容器件寿命的决定性因素，因此由纹波产生的热损耗将成为电容寿命的一个关键参考因数。 2.2 纹波与频率：

电解电容的损耗因子（其与 ESR 有关）随所施加电压的频率不同而不同。故电容的纹波承受度不简单是一个固定量，跟其纹波频率还成一关系。规格书目中提供的某一数值往往指的是 100 或 120 Hz 的频率，或是一些特定的频率条件下。对于其它频率情况规格书通常会提供一个转换因数。 2.3 纹波与温度：

额定纹波电流是在最高工作温度条件下定义的数值。而实际应用中电容的纹波承受度还跟其使用环境温度及电容自身温度等级有关。规格书目通常会提供一个在特定温度条件下各温度等级电容所能够承受的最大纹波电流。甚至提供一个详细图表以帮助使用者迅速查找到在一定环境温度条件下要达到某期望使用寿命所允许的电容纹波量。

3 、 自寿命（ Shelf Life ）及负载寿命 (Load Life) 3.1 自寿命（ Shelf Life ）

当电解电容在不充电状态下长期放置之后，漏电流及 ESR 将会逐渐增大，而容量会逐渐衰减。然而常温条件下普通电容两年左右的存储以及低漏电流电容约半年的存存储都不会令这些参数有太大的恶化。故一般情况下这些特性都不会在实际应用中带来麻烦。

这种变化往往被解释为电解液与氧化铝薄膜间的化学反应所致。

另一个致使漏电流增大的原因是电解液渗透到氧化膜缺陷处并替代氧气扩散，以阻止缺陷处暴露于电解液高温的环境将令密封材质的密封力度逐渐衰减，从而加速电解液的挥散。这些都会致使电容器参数的恶化。

一般规格书目会提供一个上限温度情况下的自寿命值（多长的时间之后，容量值、损耗角、漏电流等关键参数能够保持在多少的范围之内）。 3.2 负载寿命 (Load Life)

当电解电容被长时间施加了一定的 DC 电压及纹波电流之后，一些关键参数将会往不良方面发展（容量衰减、损耗角增大等）。规格书目将对这些变化量进行规范并据此定义其电容器件的寿命。

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在负载寿命测试中（施加了一定的 DC 电压及纹波电流），漏电流往往都保持着很小的一个数量值，这是由于其间的 DC 电压一直在对作为电介质的氧化铝层进行修复作用（消耗电解液）。容量及损耗角的改变主要是由于电解液的消耗（挥散及自身分解）所致。高温环境会加快电解液的消耗速度。故负载寿命的计算其实就是归结为器件内部温度的求解过程。

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五、铝电解电容器基本构造、原理及基本电气参数

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基本结构

一个基本铝电解电容器由如下几部分组成：阴极铝箔；电解纸；电解液；阳极铝箔以及形成于阳极铝箔表面作为电介质的氧化铝层。

原理结构剖面示意图及绕制结构示意图如下：

图一 原理结构剖面示意图 1 、 电介质（氧化铝层） ：

如图一所示，形成于阳极内侧表面极薄的一层氧化铝在电解电容中扮演电介质的角色。它具有优越的介电常数 e 及单向特性（ rectifying properties ）当与电解液接触后，这层氧化膜就具有优良的单方向绝缘特性（ forward direction insulation property ）。电介质这一特性决定了一般电解容的单向极性应用。如果阴 / 阳都有此般同样的氧化薄膜，那么其就成为无极性行电解电容。在工艺上，这一层是在一片高纯度的蚀刻铝箔上进行极化处理而得。阳极箔片进行极性化的这一过程需要施加一定的 DC 电压进行，这一电压被称为―化成电压‖（ Forming Voltage‖ ）。这个电介质层的厚度近乎正比于极化过程所施加的―化成电压‖，大约有 0.0013~0.0015 (mm)/ V 的关系。氧化铝形成的化学表达式： 2Al+3H2O à Al2O3+3H2 (Gas) +3e- (Electron) 。电介质层同时构成了一个依电压变化而变化的电阻，经过此电阻的电流即所谓的漏电流。当电压到达―化成电压‖后，漏电流急剧上升以至损坏电容器。此具有单向特性电介质无法承受反向的电压 ( 大于 1.5V dc) ，很小的反向电压就会形成很大的反向电流以损坏电容器。如下图所示：

绕制结构示意图

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