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          電源設(shè)計小貼士 50:鋁電解電容器常見缺陷的規(guī)避方法

          作者: 時間:2013-02-26 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          因其低成本的特點,鋁器一直都是的常用選擇。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。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/175882.htm

          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(dá)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,鋁器都將成為 LED 燈泡壽命的瓶頸組件。

          圖 1 這種 105℃ 電容器可能不會達(dá)到其聲稱的 23 年壽命.jpg

          圖 1 這種 105℃ 電容器可能不會達(dá)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。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(jī)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,-40oC 下,電阻呈數(shù)量級增加。這在許多方面都會影響到性能。如果電容器用于開關(guān)式的輸出端,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(qiáng)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.jpg

          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(yùn)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,這樣您才能正確地出控制環(huán)路,從而滿足的紋波規(guī)范要求。



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