专业功放用铝质电解电容器失效原因分析(铝壳鼓底)

专业功放用盖板式铝质电解电容器失效原因分析
通过近十多年的客户返修机退回的电解电容器失效种类总结如下：
A：不良品外观
1．防爆阀打开
2．铝壳防爆阀严重鼓起
3．盖板端子鼓裂漏液
4．电解液干涸铝壳防爆阀严重鼓起
5．电容器纸芯内圈电解纸因高温变色
6．纸芯边缘击穿短路
B：不良比例(多年累加统计)
对各类占有率统计划分铝壳鼓底占不良品的97.4%，纸芯边缘击穿短路占0.8%,电容器纸芯内圈电解纸因高温烧发黑占0.4%,电解液干涸铝壳防爆阀严重鼓起占0.9%,盖板端子鼓裂漏液0.3%,防爆阀打开0.2%
C：原因分析：（重点分析占不良比例大的原因，下次分析占比例小的不良原因）铝壳鼓底占客诉数量最大，并且都是上机工作二到四年后返修机中发现电解电容器鼓底，对不良品进行电性参数测，总结其容量损耗角漏电都没有超出标准范围，估计拆下时多为返修机中其它元件损坏，修理工发现电解电容鼓底认为拆下换新比较好，所以电解电容器鼓底可正常使用，我们对鼓底不良进行重新含浸换铝壳封口，按产品标识温度做高温负荷寿命试验，（纹波电流按产品目录标准加入）经多次验证其寿命可达2000小时以上，正常产品做高温负荷寿命试验必须大于4000小时以上，因此分析认为其正负铝箔未严重劣化，只是电解液因长期高温参数开始慢慢变劣，其鼓底的主要原因是电解电容器使用环境有问题，例如环境电压不稳，机内温度散热不良，桥式整不良等，另外有部分功放机对电解电容选取时没有按电路设计要求选对型号，导致电解电容器不符合电路要求，例如：高频低阻，低漏电，耐纹波，低电感，耐高温等，没有选取正确对应电路特性电解电容器，对于电源是H类和电解电容器要串并联使用更要合理选取，如果说选取不当将导致很多问题，现在大多数功放为了节约成本对电源变压器功率选取偏低，导致电解电容器充放电幅度加大，这样选取时要更加注意选择适合电路特性的电解电容。

例如：串联使用时要求电解电容器电性参数一致性要好，特别是漏电和阻抗感抗，对于H类和多级供电要求电解电容器必须是低阻低电感并且要选择105℃产品等，其实电子元件中电阻半导体IC及其它类电容等只有电解电容寿命最短，因为一台机器使用寿命是由最短的元件决定，所以电解电容器在成本选择时要重点考虑到寿命，要选择VF电压达到标准的电解电容，这样整机寿命和质量才能得到保障。

下列是各种规格105℃标准品必须要达到的VF电压（测正极箔片），否则是偷电压的产品。

550WV用TV值耐压测试仪测量电压≧760V
500WV用TV值耐压测试仪测量电压≧690V
450WV用TV值耐压测试仪测量电压≧600V
400WV用TV值耐压测试仪测量电压≧560V
250WV用TV值耐压测试仪测量电压≧335V
200WV用TV值耐压测试仪测量电压≧290V
160WV用TV值耐压测试仪测量电压≧230V
100WV用TV值耐压测试仪测量电压≧142V
80WV用TV值耐压测试仪测量电压≧115V
63WV用TV值耐压测试仪测量电压≧85V
50WV用TV值耐压测试仪测量电压≧76V
35WV用TV值耐压测试仪测量电压≧47V
25WV用TV值耐压测试仪测量电压≧36V
16WV用TV值耐压测试仪测量电压≧26V
10WV用TV值耐压测试仪测量电压≧16V
6.3WV用TV值耐压测试仪测量电压≧12V
D：在实际电容选型中，对电流变化节奏快的地方要用容量合适的电解电容器并且阻抗感抗耐纹波都要合理选择，但并非容量越大越好，首先，容量增大，成本和体积可能会上升，另外，电容越大充电电流就越大，充电时间也会越长，这些都是实际应用选型中要考虑的,特别是额定工作电压和工作温度范围，电解电容器的实际工作温度每降低10℃其寿命可增加一倍,(相对于标称值)所以选择标识是105℃或125℃能更可靠地长时间工作，它能承受的最大直流电压也相对高很多。

（因为不同温度的电解电容器其使用的铝箔VF电压和比容不同，要求耐温越高所使用铝箔的VF耐压值越高，并且电解液和电解纸都不相同）
在交流电路中，要注意所加的交流电压最大值（峰值）不能超过电容的直流工作电压值90%（105℃产品）纹波电流使用不能大于产品标称值,对开关电源使用的电解电容要选择低阻低电感耐纹波负极箔延长散热的产品。

电解电容在电路中实际要承受的电压绝对不能超过它的耐压值,在滤波电路中，实际工作电压一般来说要留有15％以上裕量防止使用环境电压变化太大。

E：电解电容的电性参数参考说明
损耗角：电容器在电场作用下消耗的能量，通常用损耗功率和电容器的无功功率之比，即损耗角的正切值表示（在电容器的等效电路中，串联等效电阻esr 同容抗1/ωc 之比称之为tan δ，这里的esr 是在120hz 下计算获得的值。

显然，tan δ随着测量频率的增加而变大，随测量温度的下降而增大）。

损耗角越大，电容器的损耗越大，损耗角大的电容不适于高频情况下工作。

散逸因数dissipationfactor(df)存在於所有电容器中，有时df值会以损失角tanδ表示。

此参数愈低愈好。

但铝电解电容此参数比较高。

df 值是高还是低，就同一品牌、同一系列的电容器来说，与温度、容量、电压、频率……都有关系；当容量相同时，耐压愈高的df值就愈低。

此外温度愈高df值愈高，频率愈高df值也会愈高。

串联电阻电感：一只电容器会因其构造而产生各种阻抗、感抗,ESR，ESL等效串联电阻及等效串联电感这是电解电容器的一对重要参数，这就是电解电容器的容抗的基础上产生的其它使用中不利因素，一个等效串联电阻电感很小的电解电容能快速地吸收电路中纹波电流和快速释放储存的电流，在特定的频率下阻碍交流电流通过的电阻即为阻抗。

它与电容等效电路中的电容值、电感值密切相关，且与ESR 也有关系，电容的容抗在低频率范围内随着频率的增加逐步减小，频率继续增加达到中频范围时电抗降至ESR的值，当频率达到高频范围时感抗变为主导，所以阻抗是随着频率的增加而增加，对开关电源中的输出滤波电解电容器，其锯齿波电压频率最低达数十KHz，新型甚至是数十MKHz，这时电容量并不是其主要指标，衡量高频铝电解电容优劣的标准是“阻抗与频率”特性，要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗，同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用
纹波电流和纹波电压：可称作涟波电流和涟波电压，ripple current，ripple voltage。

含义就是电容器所能耐受纹波电流/电压值，纹波电压等于纹波电流与esr的乘积，当纹波电流增大的时候，即使在esr 保持不变的情况下，纹波电压也会成倍提高，当纹波电压增大时，纹波电流也随之增大，这也是要求电容具备更低esr 值的原因，当电解电容叠加入纹波电流后，由于电容内部的等效串连电阻（esr）引起发热，从而影响到电容器的使用寿命，一般的纹波电流与频率成正比（标品40KHz以下高频200KHz以下），
因此低频时耐纹波电流也比较低。

额定纹波电流是在最高工作温度条件下定义的数值，而实际应用中电容的纹波承受度还跟其使用环境温度及电容自身温度等有关。

规格书中通常会一个在特定温度频率条件下电解电容所能够承受的最大纹波电流。

规格书中有详细图表以帮助使用者迅速查找到在一定环境温度频率条件下要达到使用寿命所允许的电容纹波量
漏电流：电解电容器的绝缘介质是氧化膜，对直流电流具有很大的阻碍作用，然而由于铝氧化膜介质上浸有电解液，在施加电压时重新形成的以及修复氧化膜的时候会产生一种很小的称之为漏电流的电流，通常漏电流会随着温度和电压的升高而增大，它的计
（漏电流的算公式大致是:i＝k×cv或3000uA,对于直径大于40mm漏电流小于5000uA，
单位是μa，k是常数）一般来说，电容器容量愈高，漏电流就愈大。

从公式可得知额定电压愈高，漏电流也愈大，因此降低工作电压亦可降低漏电流。

使用寿命：任何产品都有寿命周期，铝电解电容也不例外到时一定会坏，只是时间问题，影响电容寿命的原因有很多，过电压，逆电压，高温，桥式整流不良，急速充放电等等，正常使用的情况下，最大的影响就是过电压和温度，因为温度越高电解液的挥发损耗越快，这里的温度不是指环境或表面温度，是指铝箔工作温度，因电解电容的工作温度每下降10℃寿命增加一倍，所以不要以为85℃3000小时寿命的铝电解电容就比105℃2000小时的好，因为105℃2000小时电解电容如果85℃使用时寿命可达6000小时以上，所以要提高铝电解电容的寿命，第一要降低工作电压和温度，在机箱内远离热源，第二考虑使用最高工作温度高的电容，这样电解电容器的使用寿命和其它电子元件相比基本相当，当然成本比低标准电解电容器高一点，对于电解电容生产商我们不仅仅是做电容，更希望相互交流传播电解电容器的正确选型知识，以此达到整机寿命均衡的一体解决方案。

以上分析不当之处敬请各位同行指教！谢谢！朱文艺
2012年6月18日。