【導(dǎo)讀】鋁電解電容器一直都是電源的常用選擇,但是,它們壽命有限,且易受高溫和低溫極端條件的影響。工作溫度每下降10攝氏度,電容器壽命延長一倍。
因其低成本的特點,鋁電解電容器一直都是電源的常用選擇。但是,它們壽命有限,且易受高溫和低溫極端條件的影響。鋁電解電容器在浸透電解液的紙片兩面放置金屬薄片。這種電解液會在電容器壽命期間蒸發(fā),從而改變其電氣屬性。如果電容器失效,其會出現(xiàn)劇烈的反應(yīng):電容器中形成壓力,迫使它釋放出易燃、腐蝕性氣體。
電解質(zhì)蒸發(fā)的速度與電容器溫度密切相關(guān)。工作溫度每下降10攝氏度,電容器壽命延長一倍。電容器額定壽命通常為在其最大額定溫度下得出的結(jié)果。典型的額定壽命為105攝氏度下1000小時。選擇這些電容器用于圖1所示LED燈泡等長壽命應(yīng)用時(LED的壽命為25000小時),電容器的壽命便成了問題。要想達到25000小時壽命,這種電容器要求工作溫度不超過65攝氏度。這種工作溫度特別具有挑戰(zhàn)性,因為在這種應(yīng)用中,環(huán)境溫度會超出125攝氏度。市場上有一些高額定溫度的電容器,但是在大多數(shù)情況下,鋁電解電容器都將成為 LED燈泡壽命的瓶頸組件。
圖1:105℃電容器可能不會達到其聲稱的23年壽命
這種壽命溫度依賴度實際影響了您降低電容器額定電壓的方法。您首先想到的可能是增加電容器額定電壓來最小化電介質(zhì)失效的機率。但是,這樣做會使電容器的等效串聯(lián)電阻 (ESR)更高。由于電容器一般會具有高紋波電流應(yīng)力,因此這種高電阻會帶來額外的內(nèi)部功耗,并且增加電容器溫度。故障率隨溫度升高而增加。實際上,鋁電解電容器通常只使用其額定電壓的80%左右。
電容器溫度較低時,ESR急劇增加,如圖2所示。在這種情況下,-40℃下,電阻呈數(shù)量級增加。這在許多方面都會影響到電源性能。如果電容器用于開關(guān)式電源的輸出端,則輸出紋波電壓呈數(shù)量級增加。另外,在ESR和輸出電容形成的零以上頻率,它讓環(huán)路增益增加一個數(shù)量級,從而影響控制環(huán)路。這會產(chǎn)生一個有振蕩的不穩(wěn)定電源。為了適應(yīng)這種強震動,控制環(huán)路通常會在空間方面做出巨大妥協(xié),并在更高溫度下工作。
圖2:低溫下ESR性能急劇下降
總之,鋁電解電容器通常是最低成本的選擇。但是,您需要確定其缺點是否會對應(yīng)用產(chǎn)生不利影響。您需要通過其工作溫度,考慮其壽命長短。另外,您還要適當(dāng)?shù)亟档推漕~定電壓,這樣您才能實現(xiàn)最低溫度運行,從而獲得最長的使用壽命。最后,您需要理解必須使用的ESR范圍,這樣您才能正確地設(shè)計出控制環(huán)路,從而滿足設(shè)計的紋波規(guī)范要求。