電解電容器在使用過(guò)程中有一個(gè)重要參數(shù),即電解電容器的額定紋波電流,該參數(shù)不同的廠家有不同的值,就是同一廠家同一規(guī)格不同系列的產(chǎn)品,其額定的紋波電流也不一定相同。它是由電解電容器制造商給出的。電解電容器中的紋波電流和其額定紋波電流是兩個(gè)不同的概念。
電解電容器的額定紋波電流的確定,主要是根據(jù)該規(guī)格電解電容器的用途及使用條件及工作時(shí)間(俗稱壽命)和電容器自身的材料性能由電解電容制造商來(lái)確定的。
壽命是電解電容器制造商對(duì)用戶的承諾,簡(jiǎn)單點(diǎn)講就是電容器在一定使用條件所能有效工作的時(shí)間,也是用戶進(jìn)行電解電容選型的重要關(guān)注點(diǎn)之一,這個(gè)一般各制造商在其產(chǎn)品手冊(cè)上都會(huì)給出。
ESR大小決定了紋波電流在電解電容器中的發(fā)熱量的大小。理論上講紋波電流在電解電容器中產(chǎn)生的熱量(單位時(shí)間里):這里I是紋波電流的有效值,ESR是電容器的等效串聯(lián)電阻。
當(dāng)工作時(shí),電解電容工作時(shí)所處的環(huán)境溫度比較高。由于電解電容器自身的損耗發(fā)熱,其內(nèi)部的溫度比所處的環(huán)境溫度要高,一般的濕式電解電容器的液態(tài)電解液都會(huì)產(chǎn)生汽化,產(chǎn)生一定的蒸汽壓,該蒸汽壓和被封在電解電容器內(nèi)部的空氣所產(chǎn)生的壓力構(gòu)成了電解電容內(nèi)部的總壓力,各種分壓的大小遵從道爾頓分壓定理。內(nèi)部總壓力不能大于電解電容器鋁殼安全閥的抗壓強(qiáng)度,否則安全閥會(huì)開(kāi)啟,電解電容器失效。電解電容器內(nèi)部壓力和外部壓力差是造成電解液泄漏的原因。
由于
電解電容的電解液是液態(tài)的,電解電容在工作時(shí),電解液汽化產(chǎn)生蒸汽壓,為防止電解液逃逸造成電解失效,就用鋁殼和膠蓋將芯子密封起來(lái),膠蓋與鋁殼和芯子鋁梗的密封,是一種非匹配密封,都會(huì)有一定的泄露,泄露的大小除與膠蓋材質(zhì)封接表面光潔度,鋁殼鋁梗表面光潔度,封口工藝,鋁梗與膠蓋孔配合程度之外還和電解液在電解電容工作時(shí)產(chǎn)生的飽含蒸汽壓有關(guān),飽和蒸汽壓越大,電解電容內(nèi)部與鋁殼外界的壓力差就越大,電解液的泄露也就越快,相對(duì)而言,電解電容的壽命就會(huì)縮短?!?/div>
(5) 電解液的穩(wěn)定性
電解液在電解電容工作時(shí),溫度本身就比較高,電解液除修復(fù)正箔氧化膜之外,自身還進(jìn)行著一些化學(xué)反應(yīng)。例如以乙二醇為溶劑的電解液在高溫下會(huì)發(fā)生脂化反應(yīng),因此電解液的穩(wěn)定性對(duì)電解的壽命也有主要的影響,但是一般來(lái)說(shuō),穩(wěn)定性越好,導(dǎo)電率就越差,這是一對(duì)矛盾,故
長(zhǎng)壽命高溫電解的ESR不能過(guò)分要求太小。
(6)其他因素
總體來(lái)說(shuō)影響電解電容的額定紋波電流的因素很多,除以上5點(diǎn)比較重要的因素之外,電解液修復(fù)氧化膜的能力,正極箔的損耗都要考慮。此外還要考慮到電解電容的可靠性,電解電容器的額定紋波電流是在一定溫度頻率下,電解上施壓的電壓不超過(guò)額定值,其在電解上產(chǎn)生的紋波電流不超過(guò)額定紋波電流則可保證電解電容器壽命不低于廠商承諾的值,電解電容器的額定紋波電流不是能直接計(jì)算出來(lái)的,也不是簡(jiǎn)單的測(cè)試幾個(gè)參數(shù)就能確定,必須進(jìn)行一定的批量的壽命試驗(yàn)才能確定的,這樣是要花費(fèi)相當(dāng)?shù)某杀竞蜁r(shí)間,流傳的用測(cè)試電解電容內(nèi)部芯子最高溫升來(lái)確定紋波電流的方法很不全面,只考慮了電解的發(fā)熱,沒(méi)有考慮其它眾多因素。比如,若電解電容器的密封性差,即使電解溫升不高,在較高環(huán)境溫度下,電解液也會(huì)很快逃逸,電解失效,另外,電解電容內(nèi)部的最高溫度如何確定,測(cè)試帶來(lái)的誤差如何確定等都未明確給出方法。
用戶在使用電解電容器的過(guò)程中,為了保證電解電容器的壽命應(yīng)根據(jù)工作的實(shí)際情況使電解上的紋波電流不超過(guò)廠家規(guī)定的額定值,也就是說(shuō)電解電容的額定紋波電流就是在廠家規(guī)定的條件下為保證工作壽命在電解電容上所能施加的最大紋波電流。
4、頻率修正系數(shù)
在電解電容器的實(shí)際使用中,有多種多樣的情況,用于功率電子方面的電解電容,一般是用于市電整流后的的濾波和高頻整流后濾波的場(chǎng)合(f≤100kHz)濾波。但大多數(shù)電解電容制造商都會(huì)直接給出的是100kHz或120Hz時(shí)的額定紋波電流。電解電容器額定的紋波電流在不同的頻率下有不同的值,一般電解電容制造商都給出了頻率修正系數(shù),在不同頻率下使用時(shí),其額定紋波電流都要作以修正。
紋波電流修正系數(shù)是
貼片鋁電解電容廠家根據(jù)自己產(chǎn)品的設(shè)計(jì)及性能和材料制造工藝來(lái)確定,在考慮這些情況后再實(shí)際測(cè)試電解電容器的ESR隨頻率的變化,根據(jù)不同頻率下額定紋波電流發(fā)熱是相等的原則,即:If12(f1)×ESR(f1)=I2f2(f2) ×ESR(f2)
其中,f1,f2是不同紋波電流的頻率。
ESR(f1),ESR(f2)是電解電容器分別在f1,f2頻率下的等效串聯(lián)電阻。If1,If2是電解電容器分別在f1,f2頻率下的額定紋波電流。
實(shí)際上通過(guò)電解電容上的紋波電流是很復(fù)雜的很少有簡(jiǎn)諧波,對(duì)各種頻率不連續(xù)的紋波電流,其是否超過(guò)額定紋波電 流,可按以下公式來(lái)確定:紋波電流在電解中單位時(shí)間里的發(fā)熱量(Q) 各頻率簡(jiǎn)諧紋波電流單位時(shí)間里發(fā)熱量的總和為:Q=∑Ifi2× ESR(fi )(i=0,1,23。。。N)
這Ifi 分別是電解電容器上通過(guò)頻率為fi 時(shí)該頻率紋波電流的分量,ESR(fi)是電解電容是在該頻率下的等效串聯(lián)電阻。
在f0頻率下額定紋波電流I0(f0),在電解中單位時(shí)間里的發(fā)熱量Qf0:Qf0=I02(f0)× ESR(f0)若Q≤Qf0 則說(shuō)明電解中通過(guò)的紋波電流沒(méi)有超過(guò)額定值,制造商提供的在額定溫度下額定電壓的壽命能保證達(dá)到。
若 Q﹥Qf0則說(shuō)明電解電容器中的紋波電流超過(guò)其額定值。即在額定溫度電壓壽命不能達(dá)到廠家承諾的壽命。
Ifi是紋波電流的各個(gè)頻率的分量,通過(guò)對(duì)紋波電流做頻譜分析可獲得。
上面的式子也可以變成:
Q/Qf0 –{∑[ESR(fi )/ ESR(f0)]}/ I02(f0)
實(shí)際上,因電解電容的ESR是隨使用時(shí)間變化的,它隨使用時(shí)間而增加,同時(shí)也為了保證可靠性一般ESR都取得比實(shí)際要大些值,ESR(fi)隨電解使用時(shí)間的變化規(guī)律相同,只要測(cè)出ESR(fi) 的變化規(guī)律求出其相對(duì)某頻率(f0)的相對(duì)值ESR(fi)/ ESR(f0)即可。
若Q/Qf0。>1,說(shuō)明電解電容器中的紋波電流大于其額定值。
若Q/Qf0。<1,說(shuō)明電解電容器中的紋波電流小于其額定值。
若Q/Qf0。=1,說(shuō)明電解電容器中的紋波電流等于其額定值。
在實(shí)際使用中,考慮到可靠性的要求,一般電解電容中的紋波電流為其額定值的80%。
以上的方法是理論推導(dǎo),在實(shí)際工程中,利用廠家提供的紋波修正系數(shù)亦可方便地確定電解中的紋波電流是否超過(guò)其額定值。