重要检查点:铝电解电容器

关于绝缘型反激式转换器的性能评估,除了规格以外,需要确认的“重要检查点”的下面话题,这最后的要点“电解电容器”的话题。

近来,电解电容器,除了铝电解外,还有钽或导电性高分子的电解电容器存在,但这里将以最基本、也最标准的铝电解电容器为主。铝电解电容器较为便宜且容值大,尤其是使用AC/DC转换器时,输入输出端仍以大容值的电容器为标准选择。不过,这不代表我们不必详细讨论,就可以轻松使用这类电容器,因此本节将进一步确认应注意的事项。

要注意铝电解电容器的寿命使用部件

不管哪一种部件都有寿命,例如IC等半导体部件,除了发生突发状况外,大部分根据其预估寿命,不必特别注意其寿命是否终了,就能符合设备耐用年数的要求。然而,一般的铝电解电容器的寿命比较短,工作中的电源可能发生因经年变化引发的性能劣化。

铝电解电容器的寿命会因为温度而加快折损,一般遵照称为“10℃ 2倍定律”的“阿伦尼乌斯(Arrhenius)定律”。意思是温度上升10℃的时候,加速系数将达到2倍,寿命缩短1/2。当然,相对地如果能降低10℃,寿命自然会增加为2倍(实际个别计算寿命时,请使用电容器厂商提供的计算公式)。

电容器流过纹波电流时,会因内部阻抗引发的损耗而发热。铝质电解电容器的ESR较大,认识到当流过纹波电流大的时候,就可能因此开始发热很重要。

例如,预估寿命为“105℃/2000小时”的铝质电解电容器,如果在75℃的环境中使用,则预估寿铝将增加至16,000小时,但95℃的环境中却会缩短其寿命,只剩下4000小时而已。此外,它的预估寿命时间远低于IC等部件。

铝电解电容器劣化

那么,铝质电解电容器的寿命劣化时会变成什么状况呢?基本上电容值会降低,也可能发生液体漏出或电容值丢失等。以电源电路来看,电容值一但降低就无法取得原本必要的电容值,如此一来将发生下列状况,并造成供电的设备工作发生问题。

  • 为输入电容器时⇒纹波电压的上升、保持时间的降低(可蓄电电荷变少)
  • 为输出电容器时⇒纹波电压的上升、输出控制环路的稳定性降低(响应受到影响)

注意点

基本上,必须尽可能降低电容器的温度,并注意下列几项大原则。

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  • 确认使用的电容器纹波电流额定值为多少,并选择额定值能够充分涵盖电路纹波电流的电容器。
  • 评估时如同右图般,确认实际的纹波电流。
  • 同样地,充分确认电容器的温度并预估寿命。
  • 视条件而定,进行降额,或在安装时尽可能远离会发热的物体等,采取有助于降温的防护对策。
  • 预估寿命并基于该预估寿命,保养、保护电容器。

以上为铝质电解电容器相关注意事项。对电源设计者来说,电源设计人员或许是再熟悉不过的内容,但至今不时听到设计时使用了考虑上述因素的部件,但量产时变更成电容值相同的通用型铝质电解电容器,结果在市场上销售后却发生问题的情况,因此仍必须多加注意。这边再劳叨提醒各位一下,就算是自己非常熟悉的部件,切记同样必须谨慎小心。

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