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铝电解电容器有着寿命短和不可靠的名声... 但是他们真的比其他类型的电容器差那么多吗？你可能听说过，电解电容器是一个糟糕的选择。但这些坏名声到底有多少是实至名归的呢？大卫 · 威廉姆斯提出电解电容器值得再给一次机会。
铝电解电容器以寿命短和不可靠而著称。这种声誉的部分原因是由于15年前的电解质配方被盗丑闻，但部分原因是因为它们的寿命确实不如其他类型的电容器长。但他们真的那么糟糕吗？
可耻的名声在21世纪初，铝电解电容器(铝电解电容器)的故障率远远高于预期，这种现象通常被戏剧性地称为电容灾难。原因追溯到一个有趣的经济间谍故事，电容器的电解液配方被盗，但后来被错误地使用。其结果是数以百万计的坏电容器最终出现在各种各样的电子设备中。
这个故事无疑给铝电容器带来了不可靠零件的坏名声，而且这个名声进一步得到了提升，因为即使是制造得当的铝电容器与薄膜电容器相比寿命也相对较短(薄膜电容器也可以具有像铝电容器那样的高电容和高电压额定值)。
例如，United Chemi-Con 的 KXG 系列铝电容器(包括电容从6.8 μF 到330μF 和额定电压从160V-450VDC)的额定预期寿命为8000到10000小时，而 EPCOS B32798系列薄膜电容器(包括电容从18μF 到75μF 和额定电压从250V-400VDC)的额定预期寿命为60000小时。
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图1。已经失效或即将失效的膨胀电解电容器。图片由 Smial (自己的作品)提供[ CC BY-SA 2.0]
看来，铝电子大写字母作为不可靠设备的名声实际上是有道理的。但事实真的如此吗？
评估部件的寿命要正确地评估组件的寿命，需要的不仅仅是查看额定的寿命。分析中还需要考虑器件在运行过程中所受到的应力(热、电流、电压)的影响。结果表明，额定寿命通常是给予相当高的压力情况下。
如果设备要在较低的温度、电压或电流下使用，额定寿命可以降低。这种降级包括基于实际工作温度、电压和电流重新计算寿命，并且降级的寿命通常是额定寿命的许多倍。
电容器制造商通常会根据他们的研究和现场测试提供降级计算或图表。通常，这些计算不包括在组件数据表中，而是在单独的电容器特性文档中找到(原因是可能有太多额外的信息需要包括在数据表中)。
定义电容器“故障”制造商首先要确定的是他们如何定义失效的电容器。故障通常不被定义为“不再工作”ーー它通常被定义为电容器特性的一定百分比变化。了解这个定义很重要，这样就可以对电容器进行适当的比较。
例如，vishay 公司使用标准的 CECC 30301作为铝电容器，该标准规定当电容变化30% ，散逸因数变化超过上限的三倍，或者阻抗超过规定极限的三倍时，电容器寿命就结束了。与此同时，当电容变化10% 、散逸因数变化超过上限的4倍或绝缘电阻降至1500MΩ 以下时，TDK 定义了其 B32798系列薄膜电容器的寿命终止。
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图2。一个失效的电容器并不总是像这样。图片由 Frizb99提供(自己的作品)[ CC BY-SA 3.0]
定义电容器“降级”从制造商确定的第二件事是他们如何降低组件的预期寿命。一般来说，电容器(和许多其他器件)可以降级如下:
生命 _ {实际} = 生命 _ {基}乘以温度因子乘以电压因子乘以电流因子
$寿命 _ {实际} $是在工作温度、电压和电流下的预期寿命。
$寿命 _ {基} $$是额定温度、电压和电流下的预期寿命
温度因素: 对铝电容器和薄膜电容器来说，温度下降10摄氏度会导致预期寿命延长一倍。所以温度因子是 $2 ^ {0.1(T _ m-T _ c)} $。其中 Tm 是额定温度，Tc 是操作温度。
电压因数电压因数是由于操作电压低于最大额定电压而导致的降价。根据联合化工公司的说法，电压对铝电解电容器寿命的影响远远小于温度(除非电压超过额定最大值)
currentFactorcurrentFactor是由于操作电流低于最大额定电流而导致的减价。电流对铝电容器的影响比薄膜电容器更为显著，因为它们具有更高的等效串联电阻(ESR)。由于 ESR 引起的功率损失将等于 $I { _ { cap } ^ {2}} R _ { ESR } $，所有这些功率损失将导致自加热，从而影响寿命。
应用寿命计算: 电容器选择的一个例子有了这个降级方程和降级因子，就有可能在电容器之间做一个适当的寿命比较。为了说明这种比较，让我们看一个特定的例子。
假设我们正在设计一个电池充电系统的 AC-DC 转换器。这个电池系统工作在400VDC，我们已经确定，我们需要一个300μF 的电容器的转换器的滤波器。经过一些研究，找到满足这些电压和电容要求的元件，也有最佳的组合尺寸和成本，我们找到了两个可能的解决方案。
我们可以使用来自 United Chemi-Con 的三个100μF 铝电容器(部件号 EKXG451ELL101MM40S)或来自 EPCOS 的四个75μF 薄膜电容器(部件号 B32798G2756K)。这两种选择之间的权衡是，铝电容器的总成本约为10美元，但额定使用寿命为10,000小时，而胶片电容器的总成本约为120美元，但额定使用寿命为60,000小时。
如果我们需要这个电池充电器持续至少四年，似乎我们将不得不选择更昂贵的选项。
降低救援等级等等！我们不必使用这个额定寿命，因为这个系统将运行在设备的额定温度和电压以下。这意味着我们可以降低预期寿命，并最终在工作温度和电压比额定寿命更长的寿命。
再一次，寿命降级计算是
生命 _ {实际} = 生命 _ {基}乘以温度因子乘以电压因子乘以电流因子
为了简单起见，我们假设电压因子和电流因子都是1(它们可能都大于1) ，并且仅根据温度降低速率。如果计算出的实际寿命仍然不够长，我们可以确定实际的电压和电流因子，以提供更准确的预期寿命。
这两个电容器的额定温度都是105 °C，所以如果工作温度估计为75 °C (对于这个系统来说是高温) ，额定温度和工作温度之间有30 °C 的差异。
这30摄氏度的差异导致预期寿命在额定寿命的三倍。换句话说，实际的预期寿命将是 $2 ^ 3 = 8 $$，是额定寿命的倍数。对于铝电子帽，这意味着预期寿命实际上将是80,000小时，这是刚刚超过9年的连续运行。
结论铝电子书被认为是寿命短、不可靠的零件。如果您只考虑额定寿命，那么这种声誉是合理的，但是操作条件通常比额定条件更有利。
这些更好的条件意味着寿命估计实际上可以增加(降级)。通过正确选择元件(注意额定温度、电压和电流) ，可以选择实际寿命远高于其额定寿命的元件。这种寿命降低可以让我们找到铝电子封盖组件，实际上可以满足预期寿命的要求，为大多数系统。
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2022-6-13 10:26:49  评论 淘帖0举报
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