2023 02月25日
作者: 小白哥
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铝电解电容器失效分析

1.铝电解电容器的基本结构
铝电解电容是由铝圆筒做负极,里面装有液体电解质,插入一片弯曲的铝带做正极制成,如下图所示。它的特点是容量大,但是漏电大,稳定性差,有正负极性,适宜用于电源滤波或者低频电路中。

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2.铝电解电容器制造流程
铝电解电容器制造流程大概可分如下几个步骤:

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3.铝电解电容器因制程问题导致的失效分析

3.1氧化膜的缺陷导致的失效

铝基材本体缺陷或老化过程中局部老化不到位导致氧化膜劣化,从而使用过程中漏电流上升,电容温升大于正常温升,导致寿命缩短提前失效。

3.2电解液量不足导致的失效

如果制造过程中,电解液量未足额填充,将出现电解液干涸,氧化膜劣化等现象,进而导致容量下降,漏电流上升。最终因温度长时间过高而提前失效。

3.3异物导致的失效

电解电容在制造过程中,由于环境不达标造成金属颗粒异物附着芯包内部,另外铝箔裁剪过程中处理不好产生的毛刺以及引出线上异常毛刺都会导致氧化膜,电解纸的绝缘受到破坏,进而导致电容内部短路击穿不良。

3.4 引出线异常导致的失效

铝电解电容内部引出线如果与铝箔铆接不好或受到异常的机械应力,都会导致引出线与铝箔接触不充分,从而导致出现开路不良。

4.铝电解电容器常见失效分析举例

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4.1温度对电解电容寿命影响 

温度是造成电解电容器失效的重要因素之一,影响电容器温度的因素除了外部使用环境温度以外,还有工作过程中因自身损耗产生的温度上升,自身损耗产生的热量基本由两个因素决定,一是电解电容自身的漏电流产生的损耗,另一个是电解电容充放电产生的纹波电流引起的损耗。经验表明,温度每升高10℃, 铝电解电容失效率将加倍。 

4.2纹波电流对电解电容寿命影响 

纹波电流是指流进电容器的交流电流,其在电压上的表现就是纹波电压,由于电容器是非理想电容,由纹波电流产生的热损耗是影响电容温升的重要因素,电容器最大允许的纹波电流受使用环境温度,交流频率以及电容器自身ESR等因素限制。

以下是对同一个电容施加不同纹波,分析纹波对电容寿命影响,以下是实验测算结果,从中可以看出,对同一款电容来说纹波电流越大电容寿命越短。

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4.3电解电容器含水率异常造成的鼓包失效

含水率高的电解电容更容易发生鼓包现象,原因是在高温条件下,水分相比电解液更容易气化,导致电容内部气压增大导致鼓包发生,所以需要严格控制电解液配比中水的含量,另外要严格控制生产环节中的干燥流程以及环境湿度。下图为电解电容器鼓包的X-RAY照片。

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