一、鋁電解電容失效模式與因素概述

鋁電解電容器正極、負極引出電極和外殼都是是高純鋁，鋁電解電容器的介質是在正極表面形成的三氧化二鋁膜，真正的負極是電解液，工作時相當一個電解槽，隻不過正極表面的陽極氧化層已經形成，不再發生電化學反應，理論上電流為零，由于電極與電解液雜質的存在，會引起微小的漏電流。從現象上看，鋁電解電容器常見的失效現象與失效模式有：電解液幹涸、壓力釋放裝置動作、短路、開路（無電容量）、漏電流過大等。

鋁電解電容器應用環境

如果鋁電解電容器在質量上沒有問題，失效問題的出現就是出現在應用環境中。鋁電解電容器設計應用環境主要有：環境溫度、散熱方式、電壓、電流參數等。對電容器的應用者而言，短路、開路屬于“災難性的失效”，或曰“緻命的失效”，使其完喪失了電容器的功能。其他幾類失效模式（即由第二類因素造成的失效），一般歸為“劣化失效”，或曰“耗盡失效”。

二、鋁電解電容的失效機理

耗盡失效

電化學過程導緻壓力釋放裝置動作

鋁電解電容器的漏電流就是電化學過程，前面已經詳盡論述，不再贅述。電化學過程将産生氣體，這些氣體的聚積将造成鋁電解電容器的内部氣壓上升，最終達到壓力釋放裝置動作洩壓。

溫度過高導緻壓力釋放裝置動作

鋁電解電容器溫度過高可能是環境溫度過高，如鋁電解電容器附近有發熱元件或整個電子裝置就出在高溫環境；

鋁電解電容器溫度過高的第二個原因是芯包溫度過高。鋁電解電容器芯包溫度過高的根本原因是鋁電解電容器流過過高的紋波電流。過高的紋波電流在鋁電解電容器的ESR中産生過度的損耗而産生過度的發熱使電解液沸騰産生大量氣體使鋁電解電容器内部壓力及急劇升高時壓力釋放裝置動作。

瞬時超溫

通常鋁電解電容器的芯包核心溫度每降低10℃， 其壽命将增大到原來的一倍。這個核心大緻位于電容器的中心，是電容器内部最熱的點。可是，當電容器升溫接近其最大允許溫度時，對于大多數型号電容器在125℃時，其電解液要受到電容器芯包的排擠（driven），導緻電容器的ESR增大到原來的10倍。在這種作用下，瞬間超溫或過電流可以使ESR永久性的增大，從而造成電容器失效。在高溫和大紋波電流的應用中特别要警惕瞬時超溫發生的可能，還要額外注意鋁電解電容器的冷卻。

瞬時過電壓的産生

上電沖擊

上電過程中，由于濾波電感釋放儲能到濾波電容器中，導緻濾波電容器的過瞬時過電壓。

上電過電壓示意

電容過電壓失效的防範

電容器在過壓狀态下容易被擊穿，而實際應用中的瞬時高電壓是經常出現的。

選擇承受瞬時過電壓性能好的鋁電解電容器，RIFA有的鋁電解電容器就給出了瞬時過電壓值得參數。

電解液幹涸是鋁電解電容器失效的最主要原因

電解液幹涸的原因

電解液自然揮發

電解液的消耗

電解液自然揮發

電解液的揮發速度随溫度的升高

電解液的揮發速度與電容器的密封質量有關，無論在高溫還是在低溫條件下都要有良好的密封性

電解液的消耗

漏電流所引起的電化學效應消耗電解液

鋁電解電容器的壽命随漏電流增加而減少

漏電流随溫度的升高而增加：25℃時漏電 流僅僅是85℃時漏電流的不到十分之一漏電流随施加電壓升高而增加：耐壓為400V的鋁電解電容器在額定電壓下的漏電流大約是90%額定電壓下的漏電流的5倍。

電解液幹涸的時間就是鋁電解電容器的壽命

影響鋁電解電容器壽命的的因素（溫度1）

根據鋁電解電容器的電解液的不同，鋁電解電容器的最高工作溫度可分為：

一般用途：85℃

一般高溫用途：105℃

特殊高溫用途：125℃

汽車發動機艙：140~150℃

影響鋁電解電容器壽命的的因素（額定壽命小時數）

按壽命小時數鋁電解電容器可以分為：

一般用途（常溫，3年以内）：1000小時

一般用途（常溫，希望比較長的時間）：2000小時以上

工業級：更長的壽命小時數

影響鋁電解電容器壽命的的因素（溫度2）

溫度每升高10℃，壽命小時數減半

影響鋁電解電容器壽命的的因素（電解液）

電解液的多與寡決定鋁電解電容器的壽命

影響鋁電解電容器壽命的的因素（應用條件）

高溫縮短鋁電解電容器壽命

高紋波電流縮短鋁電解電容器壽命

工作電壓過高縮短鋁電解電容器壽命

影響鋁電解電容器壽命的參數與應用條件

工作電壓與漏電流的關系

工作電壓與漏電流的關系

某公司生産的450V/4700μF/85℃鋁電解電容器的漏電流與施加電壓的關系

溫度與漏電流的關系

某公司生産的450V/4700μF/85℃鋁電解電容器的漏電流與環境溫度的關系

溫度、電壓、紋波電流共同作用對壽命的影響

以某電子鎮流器用鋁電解電容器為例。

在不同的電壓與溫度條件下的鋁電解電容 器壽命不同

某電子鎮流器用 鋁電解電容器降額壽命特性

某電子鎮流器用鋁電解電容器的過電壓壽命特性

鋁電解電容器的壽命與溫度、紋波電流的關系

三、鋁電解電容器壽命電容推算方法

簡單壽命推算

根據ESR、熱阻、紋波電流推算壽命

根據溫度、紋波電流與壽命的關系推算壽命

簡單壽命推算方法1

不含有紋波電流工作狀态的鋁電解電容器的推算：基本依據為“10℃法則”，即環境溫度每上升10℃壽命減半，反之亦然，這個“10℃法則”是在零紋波電流條件下适用。在鋁電解電容器流過比較大的紋波電流時不一定适用。

簡單壽命推算方法2

國産某些品牌鋁電解電容器推薦的方法

日本品牌鋁電解電容器推薦的方法

基本思路

在額定電壓下，鋁電解電容器的壽命可以由以下公式計算。

其中，L和L0分别為：實際環境溫度T時的壽命和額定最高溫度T0時的壽命。可以看到，鋁電解電容器的使用壽命随溫度下降每10℃，壽命增加一倍，即所謂10℃法則。因此，無論是使用還是存儲，鋁電解電容器均應在盡量低的環境溫度下為好。例如85℃/1000小時的鋁電解電容器在45℃使得實際壽命為16000小時，折合為1年零10個月；29℃時為48000小時，折合為5年零6個月；而1000小時折合為42天。可以看到，降低溫度對延長鋁電解電容器壽命的重要性。

圖解計算

存在的問題

上述三種推算方法僅适用于存儲狀态和無紋波電流（很小紋波電流）的工作狀态（如隔直電容、小信号電路的旁路電容）。對于明顯含有紋波電流的工作條件時，上述方法不一定适用，這時應将紋波電流的效應考慮在應用條件中。

考慮紋波電流時的壽命推算方法

鋁電解電容器的發熱由于内部等效串連電阻（ESR）引起，其産生的損耗為：

（5.16）

其中I和R（ESR）分别為：紋波電流（A）和等效串聯電阻（Ω）。由于發熱引起的溫升為：

（5.17）

其中△T、I、A、R（ESR）、H分别為：電容器中心的溫升（℃）、紋波電流(A)、電容器的表面積(Cm2) 、ESR (Ω)、散熱系數{1.5～2.0)×10-3W/（Cm2×℃）}。

公式（5.17）表示了電容器的溫度上升與紋波電流的平方以及等效串聯電阻ESR成正比，與電容器的表面積成反比，因此，紋波電流的大小決定着産生熱量的大小，且影響其使用壽命，電容器的類型以及使用條件影響着△T值的大小，一般情況下，△T<5℃。圖5.26表示紋波電流引起的溫升的測量處。

鋁電解電容器的溫度測試

利用測試結果，并考慮到環境溫度和紋波電流時的壽命公式：

（5.18）

其中，L、L0、K、T0、T、△T分别為：實際使用壽命、直流工作電壓下的使用壽命、紋波電流系數（實際紋波電流有效值與額定紋波電流有效值之比，K=2時，紋波電流在允許的範圍内，K=4時為超過紋波電流範圍）、最高使用溫度、工作溫度、中心溫升。

電容器工作在額定的紋波電流和上限溫度時，電容器的壽命可通過轉化（5.18）式得到，如下：

（5.19）

其中，L0、△T0分别為：工作在額定紋波電流和最高工作溫度下的壽命（小時）、最高工作溫度下的電容器中心容許溫升。

實際上式（5.18）和式（5.19）所表述的是在測試到電容器殼的溫度後所得，而并不知道紋波電流的大小，如果知道紋波電流的大小，可以将式（5.19）改為：

（5.20）

其中，I0、I分别為：最高工作溫度下的額定紋波電流（A）：實際的紋波電流（A）。

問題

按照式（5.17）存在的問題就是散熱系數的确定，生産廠商不給出用戶就無法精确計算，如果粗略估算将會産生至少30%的偏差。由于直接測量電容器的内部溫升存在着困難，可以利用下表列出了表面溫度和芯包溫度的換算關系。

鋁電解電容器芯包與外殼溫度的關 系

問題

以上的壽命的推算公式，原則上适用于周圍環境溫度為 40℃到最高工作溫度範圍内，但由于封口材料的老化等因素，實際的推算壽命時間一般最大為15年。

式5.17到式5.20的表述與計算均非常麻煩，而且由于測試以及個體電容器的導熱差異而使推算結果很不準确，僅能作為近似估計值。

問題

如果想得到比較準确的推算結果，最好的方法是利用電容器生産廠商所給的溫度壽命曲線。比較負責任的國外鋁電解電容器廠商能均給出鋁電解電容器壽命與環境溫度及紋波電流的關系曲線。

根據ESR、熱阻、紋波電流推算壽命

EPCOS的B43550規格的鋁電解電容器壽命與溫度、紋波電流的關系

RIFA的壽命推算方法

根據功率損耗、熱阻、實際的ESR推算壽命

為計算鋁電解電容器的工作壽（LOP），必須知道：

工作電壓（Uapplied），

流過鋁電解電容器的紋波電流的有效值(IRMS)，

環境溫度(Ta)

熱阻(Rth) 。

相關公式

推算方法

首先，在ESR矩陣中，查出不同頻率及芯包溫度(Th)時對應的“ESR”值，然後計算出紋波電流IRMS流過鋁電解電容器時産生的“功率損耗（PLOSS）”。若IRMS由多次諧波構成，則需計算每次諧波産生的功率損耗并依次相加。電容繞組芯包至環境溫度的“熱阻值”可以在“熱阻矩陣”查出，由此可以計算出實際“芯包溫度(Th)”，若此實際值與先前選取ESR值時的假設值Th不符，則需修正假設，重新查出ESR值，重複疊代計算，直至結果吻合。

這種推算是最準确的！

需要的條件：

電容器的熱阻參數

ESR參數

不同廠商的鋁電解電容器的熱阻是不同的！

四、購買鋁電解電容器需要注意的問題

不要應用來路不明的鋁電解電容器（1 ）

為什麼不要應用來路不明的鋁電解電容器？最根本的原因是我國的電子元件市場曾經曆過拆機件、水貨、假貨充斥市場情況。随着時代的發展，這種現象越來越少。

但是需要注意的是，半導體器件尚可用拆機件，而鋁電解電容器絕不能應用拆機件！原因是鋁電解電容器的壽命在各類電子元件中壽命是最短的。國外報廢的電子産品的拆機件中，鋁電解電容器的剩餘壽命是最少的。如果僅僅是做實驗還能勉強，如果試作産品，其結果是可想而知的。

不要應用來路不明的鋁電解電容器（2）

套膜是僞劣鋁電解電容器“翻新”的常用手法。通常将買來的鋁電解電容器套上升兩檔标注額定電壓的新套膜熱縮管，其印刷水平可以以假亂真。

鋁電解電容器的“偷電壓”

由于鋁電解電容器的浪湧電壓是額定電壓的1.15倍，對于350V耐壓的鋁電解電容器的浪湧電壓為402V，高于220V 20%對應的整流峰值電壓370V；而對于300V額定電壓的鋁電解電容器的浪湧電壓為345V，可

以滿足243V交流有效值輸入電壓。如果用額定電壓為300V的陽極箔替代額定電壓400V的陽極箔将會大大降低鋁電解電容器的成本。有的鋁電解電容器生産廠商就是采用這種“偷電壓”的方法降低生産成本。

偷“電壓”的後果

在一般的應用中，為了避免過大的漏電流，延長鋁電解電容器的壽命，通常要降低鋁電解電容器的使用電壓，一般取0.9以下。

如果選用了偷“電壓”的鋁電解電容器就将已經留出的電壓富裕量喪失殆盡，甚至可能使工作電壓超過額定電壓，這就使漏電流大大增加，從而大大的減少了鋁電解電容器的壽命。

拆機件

拆機件通常是國外報廢的電子設備上的元件，如果拆的精心，多數器件經過篩選在一般性能上看還是可以用的。唯有鋁電解電容器是絕對不能用的。

其原因是，鋁電解電容器的壽命相對而言太短了，在額定溫度下僅1000~4000小時盡管大多數鋁電解電容器生産廠商宣稱在40℃可以用10年甚至幾十年，但是應用環境是不可預知的，如顯示器的内部溫度遠遠不止45℃！因此，幾年下來，鋁電解電容器所剩下的有效壽命一般很低，不能用于電子産品。

翻新鋁電解電容器

翻新鋁電解電容器也比較惡劣，通常是收集國外下線鋁電解電容器，重新浸電解液後封裝。盡管國外著名鋁電解電容器檢測比國内嚴格，有些下線的鋁電解電容器性能還是接近于國内正品率電解電容器。但是，其性能還是不如國内正牌鋁電解電容器。

下線電容器（一）

在國内電子市場上可以看到下線鋁電解電容器，通常是一些不負責任的銷售商為了獲得市場競争力，到鋁電解電容器生産廠收購下線鋁電解電容器，剔除沒有電容量和擊穿的後拿到市場上銷售。

下線鋁電解電容器的特點是，用萬用表測試電容量是正常的。但是如果測試漏電流則會看到下線的鋁電解電容器的漏電流和損耗因數高于正品鋁電解電容器。而漏電流和損耗因數用戶一般是不測試的。

下線電容器（二）

這種下線的鋁電解電容器作為耦合電容器時會導緻後極的偏置電壓偏移，但是又找不出原因；如果用于延遲應用時，會出現延遲時間明顯小于設定值或延遲時間不穩定的現象，這是因為鋁電解電容器在施加直流電壓後漏電流回見效的原因。

由于下線鋁電解電容器的漏電流大，實際壽命明顯短于預期壽命，例如預期壽命為5年，實際上隻有2~3年。這在電子産品的使用初期是根本看不到的。從這裡也會看到9000系列質量認證的重要性。

如果下線鋁電解電容器用在大紋波電流或高溫的應用是極其危險的，其原因是過高的漏電流會導緻鋁電解電容器在大紋波電流或高溫應用時的溫度更高，輕者壽命縮短，嚴重時會導緻鋁電解電容器“爆漿”而失效。

套膜電容器

套膜是僞劣鋁電解電容器“翻新”的常用手法。通常将買來的鋁電解電容器套上升兩檔标注額定電壓的新套膜熱縮管，其印刷水平可以以假亂真。例如将額定電壓250V的鋁電解電容器換上額定電壓400V的鋁電解電容器，這樣的鋁電解電容器的“價值”将翻番甚至更高。套膜鋁電解電容之制造這就是鑽了應用時通常要電壓降額的習慣，在電壓降額後可能正好是套膜鋁電解電容器的浪湧電壓值，在這個電壓下，套膜鋁電解電容器還是能用一段時間的。

國外電解電容器廠商的問題

有的國外鋁電解電容器制造商在為發達國家供貨時是優質電解電容器。

而為我國供貨時的電容量總是負偏差，其質量不如為發達國家供貨的品質。

其原因除了有歧視我國外，最主要的是在我國，他們的鋁電解電容器買不出價格，隻能在偷電容量上補償。

為了降低在我國市場的售價，國外鋁電解電容器生産廠商往往推出的是壽命相對短的“經濟型”鋁電解電容器，如CDE就轉為我國推出2000小時的鋁電解電容器，這是在歐美市場上看不到的，因此，不要以為國外的鋁電解電容器壽命都長。

測試鋁電解電容器耐壓的簡單方法

可能性：鋁電解電容器的介質膜是通過陽極氧化方式獲得，因此，短時間的小電流“擊穿”不會損壞鋁電解電容器

基本方法：将鋁電解電容器串聯一10k電阻；緩緩增加所施加的電壓，保持充電電流在1mA以下（對應電阻上的電壓低于10V），直到即使不繼續增加所施加的電壓電流仍不降低時對應的電壓就是電解電容器的擊穿電壓；這個電壓的90%就是電解電容器的額定電壓 這種方法隻适用于鋁電解電容器

測試電路

購買鋁電解電容器的準則

到具有信譽的鋁電解電容器生産廠商處或到有信譽的著名鋁電解電容器制造商的代理機構購買。

盡量不要到電子市場或信譽不足的代理機構處購買。

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