铝电解电容的漏电流和使用寿命

铝电解电容的漏电流、纹波和寿命
来源：飞鹰的博客/flyingeagle2
（此文仅为爱好者技术交流，请勿作任何商业目的使用！）
1 、漏电流
作为电介质的氧化铝层具有的一个特性：即使在 DC 正向电压施加于电容器一段时间后仍有一个微小电流持续从正电极流向负电极。

这个微小的电流即称为漏电流。

越小的漏电流表明电介质制作得越精良。

1.1漏电流的时间 / 温度 / 正向电压特性：
如上图漏电流的时间特性所示，在施加正向电压的最初数分钟的时间内会出现一个很大的漏电流（称为涌入电流，电容器如长期未施加电压后这一现象就更明显）。

随着工作时间的延续，此漏电流将衰减到一个很小的“稳定状态”值。

漏电流的温度特性见中间一图所示，一般地随着温度的升高漏电流将会变得越来越大。

漏电流的电压特性见右边一图所示，一般地随着温度的升高漏电流将会变得越来越大。

1.2 工作漏电流
指稳定持续工作下的稳定电流。

一般采用的计算公式为：漏电流I≦KCU或3µA（取数值大者），K为系数，取值在0.01～0.03之间；C为标称电容量（单位µF）；U为额定电压（单位V），漏电流I的单位为µA。

以上计算公式一般在20 ° C环境温度、测试电压为电容器的额定电压、充电时间一分钟的测试条件下使用。

不同制造商，不同规格类型的电容器，不同的应用环境（温度、所施加电压等）可能会有不同的计算方式或特征曲线，当区别对待。

1.3 无压存储对漏电流的影响
无加压存储电解电容会使氧化层恶化，在高温环境下更是如此。

这将导致电容在长期闲置存储后初始使用时会产生一个远超出额定数值的漏电流（在最初一分钟内，此数值可能会达到额定数值的 100 倍左右）。

虽然此电流将会回落到正常的额定值，但在应用电路设计中
要考虑产品长期闲置后大漏电流的冲击承受能力—例如电路中设计中的其它与此相关的电路参数是否能够承受此冲击。

2 、纹波电流
额定纹波电流 IRAC 又称为最大允许纹波电流。

其定义为：在最高温度工作温度条件下电容器最大所能承受的交流纹波电流有效值。

并且指定的纹波为标准频率（一般为100Hz/120Hz ）的正弦波。

2.1 纹波定义及其与寿命关系：
纹波电流在这里指的是流经电容器的交流电流的 RMS 值，其在电容电压上的表现为脉动或纹波电压。

电容器最大允许纹波电流受环境温度、电容器表面温度（及散热面积）、损耗角度（或 ESR ）以及交流频率参数的限制。

温度是电解电容器件寿命的决定性因素，因此由纹波产生的热损耗将成为电容寿命的一个关键参考因数。

2.2 纹波与频率：
电解电容的损耗因子（其与 ESR 有关）随所施加电压的频率不同而不同。

故电容的纹波承受度不简单是一个固定量，跟其纹波频率还成一关系。

规格书目中提供的某一数值往往指的是 100 或 120 Hz 的频率，或是一些特定的频率条件下。

对于其它频率情况规格书通常会提供一个转换因数。

2.3 纹波与温度：
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级有关。

规格书目通常会提供一个在特定温度条件下各温度等级电容所能够承受的最大纹波电流。

甚至提供一个详细图表以帮助使用者迅速查找到在一定环境温度条件下要达到某期望使用寿命所允许的电容纹波量。

3 、自寿命及负载寿命
3.1 自寿命
当电解电容在不充电状态下长期放置之后，漏电流及 ESR 将会逐渐增大，而容量会逐渐衰减。

然而常温条件下普通电容两年左右的存储以及低漏电流电容约半年的存存储都不会令这些参数有太大的恶化，故一般情况下这些特性都不会在实际应用中带来麻烦。

这种变化往往被解释为电解液与氧化铝薄膜间的化学反应所致。

另一个致使漏电流增大的原因是电解液渗透到氧化膜缺陷处并替代氧气扩散，以阻止缺陷处暴露于电解液高温的环境将令密封材质的密封力度逐渐衰减，从而加速电解液的挥散。

这些都会致使电容器参数的恶化。

一般规格书目会提供一个上限温度情况下的自寿命值（多长的时间之后，容量值、损耗角、漏电流等关键参数能够保持在多少的范围之内）。

3.2 负载寿命
当电解电容被长时间施加了一定的 DC 电压及纹波电流之后，一些关键参数将会往不良方面发展（容量衰减、损耗角增大等）。

规格书目将对这些变化量进行规范并据此定义其电容器件的寿命。

在负载寿命测试中（施加了一定的 DC 电压及纹波电流），漏电流往往都保持着很小的一个数量值，这是由于其间的 DC 电压一直在对作为电介质的氧化铝层进行修复作用（消耗电解液）。

容量及损耗角的改变主要是由于电解液的消耗（挥散及自身分解）所致。

高温环境会加快电解液的消耗速度，故负载寿命的计算其实就是归结为器件内部温度的求解过程。