电解电容器劣化的原因

2022年6月22日

Cadence PCB解决方案

关键的外卖

大多数电解电容器的退化导致一种常见的故障模式:电解液的蒸发或泄漏。
为防止关键电路中的电解电容器退化，应定期安排电解电容器的计划维护、更换或交换。
电容器的使用寿命在电解电容器数据表中给出，在标称电压、标称电流、上限温度和电容变化的特定限制下，tan ẟ和泄漏电流。

电解液泄漏是电解电容器失效的主要形式之一

在1999年至2007年期间，曾发生过“电容器瘟疫”，导致电解电容器过早退化的比率更高。造成这一特殊问题的原因是不正确的电解液配方，但在电解电容器中还有其他几种可能的失效模式。电容器失效模式在PCB中引入问题，并可能对整个电路有害。

由于过去电解电容器退化的挑战，买家现在对其耐久性和寿命格外谨慎电解电容器，因为它们是许多电路设计中必不可少的元素。设计人员了解导致电解电容器退化的原因是很重要的。

电解液泄漏导致电解电容器退化

当电解电容器出现故障时，可能是因为短路、电路损坏，甚至是爆炸。大多数电解电容器的退化是由一种常见的故障模式引起的:电解液的蒸发或泄漏。

较高的工作温度是电解泄漏或汽化的催化剂，导致电容降低和等效串联电阻(ESR)的增加。随着ESR的增加，电解电容器的自热加剧，纹波电流的应用加速了自热。过度加热形成的局部热点加速老化和磨损失效模式，最终导致电解电容退化。在最坏的情况下，自热在电解电容器内部产生气体，随后通过通风口使电解电容器爆炸。

电解电容器失效的其他原因

电解液泄漏并不是电解电容器的唯一失效方式。电解电容器的其他失效模式见下表。

失效模式	原因
电容下降或损耗因子(tan ẟ)上升	密封的化学变质导致电解液的逐渐汽化。这种失效模式降低电容，增加损耗因子或tan ẟ
短路	电解电容器中氧化层的介电击穿导致短路。这种故障模式可能是由于工作电压、反向电压或纹波电流应用过多造成的。
开路	应用过大的机械应力或过高的电气参数，如工作电压和纹波电流，会导致电解电容器接触不良或断路。这种失效模式之前是电容下降和tan ẟ上升。电解电容器的开路失效与外加电压和温度有关。
打开通风	每当有过多的内部压力积聚或自热，电解电容器的安全出口就会打开。这种开路排气故障是由于过高的施加电压，纹波电流，反向电压和交流电流。
泄漏电流增加	电解电容器由于老化和贮存的原因，在正常使用情况下，其漏电流增大。

为了防止关键电路中由上述故障模式导致的电解电容退化，在其运行期间，应定期计划对电解电容进行维护、更换或交换有用的寿命．通常，电解电容器的使用寿命在其数据表中列出。然而，外加电压、环境温度、局部加热、反向电压、外加纹波电流和工作频率对电解电容器的使用寿命有显著影响。理解电解电容寿命在运行条件下，有助于电路设计和电路维护。