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2018.05.10 AC/DC

重要確認重點:鋁質電解電容

評估絕緣型返馳式轉換器的性能和確認重點

在評價絕緣型返馳式轉換器的性能時,除了規格外,還有其他應該確認的「重要確認重點」。本節將說明最後一個重點「電解電容」。

目前電解電容除了鋁質電解外,還有鉭質、功能性高分子製的電解電容,但本節將以最基本、也最為標準的鋁質電解電容為主。鋁質電解電容較為便宜且容量大,尤其是使用AC/DC轉換器時,輸入輸出端仍以大容量的電容為標準選擇。不過,這不代表我們不必詳細討論,就可以輕鬆使用這類電容,因此本節將進一步確認應注意的事項。

必須隨時注意鋁質電解電容的壽命

不管哪一種零件都有壽命上限,例如IC等半導體零件,除了發生突發狀況外,大部分根據其預估壽命,不必特別注意其壽命是否終了,就能符合機器耐用年數的要求。然而,一般鋁質電解電容的壽命較短,有可能隨著時間經過,在運作過程中因為電源而發生劣化。

鋁質電解電容的壽命會因為溫度而加快折損,一般遵照稱為「10℃ 2倍法則」的「阿瑞尼斯(Arrhenius)法則」。意思是溫度上升10℃的時候,加速係數將達到2倍,壽命縮短1/2。當然,相對地若能降低10℃,壽命自然會增加為2倍(實際個別計算壽命時,請使用電容製造廠提供的計算公式)。

漣波電流經過電容時,將因為內部阻抗造成的損耗而發熱。鋁質電解電容的ESR較大,我們必須先了解當流過的漣波電流大的時候,就可能因此開始發熱。

例如預估壽命為「105℃/2000小時」的鋁質電解電容,若在75℃的環境中使用,則預估壽鋁將增加至16,000小時,但95℃的環境中卻會縮短其壽命,只剩下4000小時而已。此外,它的預估壽命時間遠低於IC等零件。

鋁質電解電容劣化時

那麼,鋁質電解電容的壽命劣化時會變成什麼狀況呢?基本上靜電容量會降低,也可能發生液體漏出或容量減少等。以電源電路來看,容量一但降低就無法取得原本必要的容量,如此一來將發生下列狀況,並造成供電的裝置運作發生問題。

  • 為輸入電容時⇒漣波電壓上升、保持時間降低(因為能儲存的電荷變少)
  • 為輸出電容時⇒漣波電壓上升、輸出控制電路穩定性降低(反應受到影響)

注意事項

基本上必須儘可能降低電容的溫度,並注意下列幾項大原則。

  • 確認使用的電容漣波電流額定值為多少,並選擇額定值能夠充分涵蓋電路漣波電流的電容。
  • 評價時如同右圖般,確認實際的漣波電流。
  • 同樣地,徹底確認電容的溫度並預估壽命多久。
  • 根據條件進行降額,而在裝設時,儘可能遠離會發熱的物體等,採取有助於降溫的防護對策。
  • 預估壽命並標準該預估壽命,保養、保護電容。

以上為鋁質電解電容相關注意事項。對電源設計人員來說,或許是再熟悉不過的內容,但至今不時聽到設計階段使用了考量上述因素的零件,但量產時變更成容量相同的通用型鋁質電解電容,結果在市場上販售後卻發生問題的情況,因此仍必須多加注意。這邊再勞叨提醒各位一下,就算是自己非常熟悉的零件,切記同樣必須謹慎小心。

重點:

・必須隨時注意鋁質電解電容的壽命。

・鋁質電解電容的壽命會因為溫度而加快折損,一般會遵照「10℃ 2倍法則」。

・因為劣化造成容量減少時,極有可能導致電路運作發生故障。

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