軍用電解電容器的可靠性選擇

　　降低電解電容器的工作電壓是延長(cháng)電容器使用壽命，提高可靠性的最有效方法。因為電解電容器的失效率與外加電壓和電容器額定電壓之比的二次方成正比。電解電容器用于電源濾波電路的場(chǎng)合最多，輸入電壓發(fā)生變化或負載突然開(kāi)路，濾波電容器兩端的電壓都會(huì )隨之發(fā)生變化，如果不進(jìn)行降額設計，很可能使電容器擊穿。此外，從輸入端進(jìn)來(lái)的交流電壓并非是正弦波電壓，一般非正弦波的峰值電壓要比正弦波電壓高，可對電容器的壽命和可靠性造成較大影響，所以，在設計時(shí)，使用時(shí)要對電解電容器的工作電壓進(jìn)行較大幅度的降額。 對電解電容器電壓的降額幅度要根據整機的可靠性要求及電容器使用的具體電路而定。一般可分三級，一級為額定電壓的50%;二級為60%;三級為70%。高壓大容量的電容器應選擇較大的降額幅度。電容器的容量越大，氧化膜的面積越大，出現介質(zhì)缺陷的機率也越大，可靠性越低。

　　2.2充分考慮紋波電壓

　　一般電解電容器都有正負極之分。當用于既有直流電壓又有交流電壓分量的脈動(dòng)電路中時(shí)，其工作特性應特別注意。電解電容在使用時(shí)，一定要符合電解電容器兩端規定的電壓極性要求。當用于級間耦合或脈沖電路時(shí)，在電容器上施加的直流電壓還要疊加交流電壓成分的幅值，在某些情況下有可能使交流分量的負峰值電壓超過(guò)正直流電壓值，從而使極性電容器處在反向工作狀態(tài)，這樣會(huì )使電容器的漏電流劇增，進(jìn)而破壞正向工作特性而造成失效。因此，當電容器兩端存在脈動(dòng)交流成分時(shí)，交流峰值電壓與所加直流電壓之和不應超過(guò)電容器的額定工作電壓。其原因是交流成分引起電容器的溫升發(fā)熱比直流成分嚴重的多，所以要嚴格控制紋波的大小，一般不應超過(guò)電容器額定工作電壓的百分之二十。即可對于鉭電解電容器，也應控制在百分之十以?xún)?。由于紋波電壓可使電解液極化，且對損耗電阻RS影響很大，所以要對加到電容器上的紋波峰值電壓進(jìn)行有效的控制。一般技術(shù)條件規定允許的交流分量是指工頻50 Hz條件下的允許值，如果使用頻率超過(guò)上述條件，可按下面公式進(jìn)行計算：

　　式中，Ssh為電容器外殼表面積(單位cm2)，t為一定環(huán)境溫度下允許的溫升(℃)，f偽紋波電壓的正弦頻率(Hz)，C為電容量(μF)，tgδ為實(shí)際使用頻率下的損耗角正切值。

　　要保證電容器可靠的工作，加到電容器上的紋波電壓應小于上式計算出來(lái)的紋波峰值電壓。由于一般有極性電容器不能承受反向電壓，所以。有極性電容器在有極性變換或純交流電路中是不容許的，而應選用無(wú)極性鉭解電容器(如CA74全密封固體鉭電容器)。無(wú)極鉭電容器實(shí)際上是用兩只有極性的鉭電容器背靠背串聯(lián)起來(lái)的，即使電容器在交流電路中始終有一支鉭電容處在正極性狀態(tài)。

　　2.3 電解電容器的工作頻率

　　電解電容器最適宜在工頻條件下做電源的濾波或在低頻電路中做旁路或級間耦合。而且電路阻抗愈低愈可靠。電解電容器工作時(shí)，相當于一個(gè)電解槽，其中一個(gè)電極是電解液。由于電解液的電阻比一般金屬電極高得多，因此，電解電容器的串聯(lián)等效電阻較大。在直流或低頻率條件下，等效串聯(lián)電阻RS和等效電感L與實(shí)際電容器的介質(zhì)絕緣電阻尺RP相比可以忽略不計。而隨著(zhù)頻率的升高，等效串聯(lián)電阻RS和等效電感L都會(huì )隨著(zhù)增大。等效串聯(lián)電阻RS增大是由于"集膚效應"引起的。等效電感L是與頻率成正比的磁場(chǎng)引起的。一般情況下，頻率增加時(shí)，容抗XC的值減小，而感抗XL則增加，這表明(XC-XL)2將隨頻率的增加而減小，當頻率增加到某個(gè)頻率點(diǎn)(XC-XL)2=0時(shí)，阻抗Z=RS。此時(shí)電容器將出現諧振。這是電容器對電路呈現純電阻時(shí)的諧振點(diǎn)。當頻率高于電容器諧振點(diǎn)時(shí)，電容器實(shí)際上已變成一個(gè)電感而起不到電容器的作用了，所以要求一般電解電容器的使用頻率不應超過(guò)20 kHz。由于大多數材料的介電常數在頻率的影響下，其容量隨頻率的提高會(huì )大幅度下降。故當使用頻率超過(guò)20 kHz時(shí)，其所允許的交流分量已很小，電容器的容量損失非常嚴重，此時(shí)一般可選擇一只高頻瓷介或云母電容器與之并聯(lián)來(lái)作為高頻通路，電解電容器由于容量大，可作為低頻通路，其容量應大于高頻電容器容量的100倍以上。由于電容器的大多數特性都在某種程度上受到頻率的影響，所以要求使用頻率應在諧振頻率的1/2以上。使用頻率過(guò)高不僅會(huì )損耗電路中的大量能量。而且可造成電容器內芯發(fā)熱，從而影響電容器的可靠性。一般電解電容器應工作在10 kHz以下。如果使用頻率超過(guò)10 kHz，有效容量將迅速下降，直到電容阻抗變成純電阻。一般在100 Hz～100kHz范圍內，其容量隨頻率的變化，固體鉭電容器的頻率特性?xún)?yōu)于液體鉭電容器，而液體鉭電容器則在1 kHz～3 kHz范圍內，其容量隨頻率變化的下降幅度為6%，當頻率增加10 kHz以上時(shí)，下降幅度將高達65%左右。這主要是由介質(zhì)材料性質(zhì)所決定的。如果電解電容器不能滿(mǎn)足使用要求，可以采用四線(xiàn)電解電容器或其它介質(zhì)的電容器。

　　2.4適當降低使用環(huán)境溫度

　　在相同電壓情況下，電解電容器的漏電流及損耗隨溫度的升高而變大，當溫度從室溫25℃上升到85℃時(shí)，漏電流通常將增大3倍。電容器的漏電流及損耗是造成電容器發(fā)熱的主要原因，所以降低電容器的使用環(huán)境溫度，是延長(cháng)電容器使用壽命，提高可靠性的有利措施，一般可按此溫度降額要求進(jìn)行設計。鋁電解電容器應降低額定溫度20～40℃;固體鉭電容器可降低額定溫度15～25℃;液體鉭電容器應降低額定溫度15～30℃。鋁電解電容器由于在負溫下的損耗會(huì )急劇上升，所以一般額定溫度為-20℃。