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整机系统电子元件中电解电容器的可靠性应用



电解电容器的可靠性应用

  一、充分考虑纹波电压

  一般电解电容器都有正负极之分。当用于既有直流电压又有交流电压分量的脉动电路中时,其工作特性应注意。电解电容在使用时,要符合电解电容器两端规定的电压极性要求。当用于级间耦合或脉冲电路时,在电容器上施加的直流电压还要叠加交流电压成分的幅值,在某些情况下有可能使交流分量的负峰值电压过正直流电压值,从而使极性电容器处在反向工作状态,这样会使电容器的漏电流剧增,进而破坏正向工作特性而造成失效。因此,当电容器两端存在脉动交流成分时,交流峰值电压与所加直流电压之和不应过电容器的额定工作电压。其原因是交流成分引起电容器的温升发热比直流成分严重的多,所以要严格控制纹波的大小,一般不应过电容器额定工作电压的百分之二十。对于钽电解电容器,也应控制在百分之十以内。由于纹波电压可使电解液极化,且对损耗电阻RS影响很大,所以要对加到电容器上的纹波峰值电压进行有效的控制。一般技术条件规定允许的交流分量是指工频50 Hz条件下的允许值,如果使用频率过上述条件,可按下面公式进行计算:

  式中,Ssh为电容器外壳表面积(单位cm2),t为环境温度下允许的温升(℃),f伪纹波电压的正弦频率(Hz),C为电容量(μF),tgδ为实际使用频率下的损耗角正切值。

  电容器上的纹波电压应小于上式计算出来的纹波峰值电压。由于一般有极性电容器不能承受反向电压,所以。有极性电容器在有极性变换或纯交流电路中是不容许的,而应选用无极性钽解电容器(如CA74全密封固体钽电容器)。无极钽电容器实际上是用两只有极性的钽电容器背靠背串联起来的,即使电容器在交流电路中有一支钽电容处在正极性状态。

二、适当降低使用电解电容环境温度

  在相同电压情况下,电解电容器的漏电流及损耗随温度的升高而变大,当温度从室温25℃上升到85℃时,漏电流通常将增大3倍。电容器的漏电流及损耗是造成电容器发热的主要原因,所以降低电容器的使用环境温度,是延长电容器使用寿命,提高可靠性的有利措施,一般可按此温度降额要求进行设计。铝电解电容器应降低额定温度20~40℃;固体钽电容器可降低额定温度15~25℃;液体钽电容器应降低额定温度15~30℃。铝电解电容器由于在负温下的损耗会上升,所以一般额定温度为-20℃。

  三、大电流冲击和电路阻抗

  在使用中,随着环境温度的增加,电容器漏流也在增大,当有大浪涌电流通过时,漏电流可能发生"雪崩"现象而使电容器损坏。未了不让这种现象发生,应增加电路的阻抗,使回路的阻抗不小于3 Ω/V。否则可靠性就会相应降低。

 四、电容器安装和焊接的可靠性

  如果电容器是近期出厂的产品,而且可焊性已达到要求,一般不需要浸锡预处理。而如果储存时间较长则在使用前需进行浸锡处理,浸锡处理应控制在技术规范规定的封口3.2 mm以外,并避免时间过长或温度过高,造成封口熔化或引线与电极脱焊。对于片式电容器,还应避免使用活性高、酸性强的助焊剂,以免清洗不干净、腐蚀和扩散而影响产品可靠性。同时应控制片式电容器的焊接温度和时间, (一般为260℃/10秒)。电容器安装时,应远离发热元件。对于尺寸较大的电容器,不能用电容器引脚来安装,为防止在振动或冲击中下引线断裂或密封损坏,还应设计夹持装置来固定。安装时,还应尽量使电容器有标志的面露出来,以便观察。

  五、 电解电容器的工作频率

  电解电容器适宜在工频条件下做电源的滤波或在低频电路中做旁路或级间耦合。而且电路阻抗愈低愈可靠。电解电容器工作时,相当于一个电解槽,其中一个电极是电解液。由于电解液的电阻比一般金属电极 高得多,因此,电解电容器的串联等效电阻较大。在直流或低频率条件下,等效串联电阻RS和等效电感L与实际电容器的介质绝缘电阻尺RP相比可以忽略不计。而随着频率的升高,等效串联电阻RS和等效电感L都会随着增大。等效串联电阻RS增大是由于"集肤效应"引起的。等效电感L是与频率成正比的磁场引起的。一般情况下,频率增加时,容抗XC的值减小,而感抗XL则增加,这表明(XC-XL)2将随频率的增加而减小,当频率增加到某个频率点(XC-XL)2=0时,阻抗Z=RS。此时电容器将出现谐振。这是电容器对电路呈现纯电阻时的谐振点。当频率高于电容器谐振点时,电容器实际上已变成一个电感而起不到电容器的作用了,所以要求一般电解电容器的使用频率不应过20 kHz。


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