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1. 铝电解电容器的失效模式及影响因素概述。
铝电解电容器的正负极和外壳全部采用高纯铝。铝电解电容器的介质是阳极表面形成的三氧化二铝膜。真正的负极是电解液,它的工作原理就像一个电解槽。正电极表面的阳极氧化层已经形成,不再发生电化学反应。理论之上,电流为零。由于电极和电解液之中杂质的存在,会造成微小的漏电流。从现象之上看,铝电解电容器常见的故障现象和故障模式包括:电解液干涸、泄压装置动作、短路、开路(无电容)、漏电流过大等。
铝电解电容器的应用环境。
如果铝电解电容器没有质量问题,在应用环境之中就会出现故障问题。铝电解电容器的设计和应用环境主要包括:环境温度、散热方式、电压、电流参数等。对于电容器的用户来说,短路和开路完全失去了电容器的功能。其他几种类型的失效模式(即由第二类因素引起的失效)一般被归类为“退化失效”或“耗尽失效”。
铝电解电容器。
2. 铝电解电容器的失效机理。
1. 疲惫和失败。
通常,当电容降到额定(初始值)的80%下列时,判断电解电容器的寿命结束。由于晚期铝电解电容器的电解液填充,铝电解电容器在运行末期电容量缓慢下降。随着工作电解液继续修复在加载过程之中被杂质损坏的阳极氧化膜,电解液的量逐渐减少。在使用末期,由于电解液挥发量的减少,增加的电解液粘度变得难以与被腐蚀的粗糙铝箔表面的氧化膜层充分接触,因此减少了铝电解电容器极板的有效面积。也就是说,阳极和阴极铝箔的容量减小,引起电容量急剧下降。因此,可以认为铝电解电容器的容量降低是由电解液的挥发造成的。电解液挥发的主要原因是高温环境或热量。
2. 疲惫和失败。
铝电解电容器因使用条件的限制而发热的原因是铝电解电容器在整流滤波(包括开关电源输出的高频整流滤波)和功率电炉的电源旁路工作时,有纹波(或脉动)电流流过。在电解电容器之中,铝电解电容器的ESR会产生损耗,并将其转化为热量,使其发热。
当铝电解电容器电解液蒸发较多,溶液变浓时,由于粘度增大,电阻率增大,使工作电解液的等效串联电阻增大,引起电容器损耗明显增大,损耗角增大。例如,对于一个工作温度为105度的电解电容器,当芯体封装温度高于125度时,电解液的粘度急剧增加,电解液的ESR增大近十倍。.等效串联电阻的增加会产生更大的热量,引起电解液更大的挥发。这样循环下去,铝电解电容器的容量急剧下降,造成故障和危险。
3. 疲惫和失败。
漏电流的增加往往会导致铝电解电容器失效。
过高的应用电压和过高的温度将导致泄漏电流的增加。