开关电源用铝电容的失效机理探讨

《开关电源用铝电容的失效机理探讨》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、开关电源用铝电解电容器的失效机理探讨开关电源不断的小型化、轻量化和高效率，在电子设备及彩色电视机中使用量越来越大。由于其具有稳压范围宽、效率高，使彩色电视机对供电电网电压的大幅度波动具有较强的适应性。铝电解电容器以其容量大的特点，在电路中常用作整流器的平滑滤波、电源的退耦、交流信号的旁路、交流电路的耦合等。在彩电早返机中，开关电源用铝电解电容器的失效较多，主要是整机在使用过程中受电网工程高次谐波的尖脉冲干扰所致，例如：电网供电异常、整机附近有焊机频繁的使用或电视机用户使用不规范的电子整流器，加之

2、电解电容器承受的纹波电流较高，高频特性又较差，以及电解电容器自身的质量问题，从而引发了铝电解电容器的早期失效。1  早返机中铝电解电容器产品失效现象在彩电早返机中，由于铝电解电容器失效所致占一定比例，从搜集到的各品牌整机返修的铝电解电容器失效品来看，国内外的产品均有不同程度的失效，其失效模式经解剖分析大致相同，统计铝电解电容器在彩电中使用状态及失效比例见表1。表1  铝电解电容器在彩电中使用的失效比例序 号使用状态使用状况失效比例A工频220V桥式整流滤波(300V滤波)工作电压最高、纹波份量

3、大、纹波电流频率低，此种电容器容易形成过电压，电压波动相当厉害。42%B二次电源滤波用DC 220V从行输出整流(15 625Hz)纹波份量小，频率很高，小容量电容器失效为CP线焊点腐蚀28%C行扫电路电源输入隔离滤波DC110～150V其纹波份量大、纹波频率高，主要为发热失效18%D开关电源至电源整流滤波DC110～150V电压稳定、纹波份量大、频率高，取决于行频，承受很大的纹波电压、电容器电解液干涸过热失效12%对开关电源用铝电解电容器失效模式剖析：从性能上看，铝电解电容器电性能测试无容量、损

4、耗角正切值非常大、漏电流大幅度上升；从外观看，PVC热缩套管破裂、PVC绝缘垫片受热收缩、底部鼓凸、防爆阀动作释放、产品内部芯包干涸、芯包绝缘胶带热熔变形、工作电解液挥发、无残留，个别严重的产品阳极引线条腐蚀、盖板溶胀、引线条与与盖板铆接处留存大量的残渣，造成电容器开路失效。总之这些失效几乎都是由于电容器内部发热温升大幅提高、引起电容器耐压下降、工作电解液挥发、电容器内部气压很大等所致。2  产品失效机理探讨铝电解电容器以阀金属作为阳极，在其表面通过电化学的方法生成致密的三氧化二铝氧化膜作为介

5、质，工作电解液为其真正阴极。当介质氧化膜表面存在疵点或生产过程中氧化膜受到损伤时，就降低了介质的介电性能及耐压性能，导致电容器的漏电流变大、损耗角正切值上升。但在正常通电情况下，铝电解电容器具有自愈特性，修补介质氧化膜降低了漏电流，使其处于正常的工作状态。铝电解电容器产品的失效受到工作温度、施加电压、纹波电波、充放电频次、使用频率等外界应力条件的影响。2.1  纹波电流的影响铝电解电容器在开关电源中承受的纹波成分较高，加之受电网中高次谐波的尖脉冲干扰，使得该电容器在较大纹波电流下工作时造成较高

6、的温升、遇尖脉冲时电容器引出极间在工作电解液作用下极易造成极间闪火侵蚀引线，造成电容器开路失效。铝电解电容器以其容量大的特点，经常用于吸收脉冲电路中的交流成分，并把该能量转变成稳定的直流电压。由于交流成分引起的发热，比直流成分厉害得多，特别容易造成电容器的漏电流显著恶化，破坏介质氧化膜，损耗角正切值上升。2.2  频率的影响开关电源为了高效率而提高了工作频率，要使输出滤波用电容器在高频下低阻抗化，必须降低等效串联电阻。目前，用于开关电源中的高压大电解电容器一般承受频率能力低而等效串联电阻大，当

7、通过纹波电流较大的情况下，会使电容器内压上升，导致安全阀工作。2.3  过电压的影响铝电解电容器一般在额定电压以下使用，对产品的寿命影响很小，可不加考虑，但如外加电压瞬间超过额定电压，即过电压使用时，寿命便呈指数式下降，当然这也与阳极箔的耐压性能及设计时选用阳极箔的形成电压有关。输入滤波用铝电解电容器，采用高压产品当过电压时而引发产品的失效主要有下列几种：1)卷芯部短路；2)引线间短路；3)箔片边缘部位短路；4)芯子外周部短路。开关电源使用高压铝电解电容器过程中，当供电电网异常、电容器承受的

8、纹波电流过大，附近有直流焊机频繁使用时，虽铝电解电容器在通电情况下有自愈特性，但个别电容器介质膜上存在疵点及生产过程带来不良因素会造成电容器的功耗增加，内部温度迅速升高。工作电解液在高温及较高电应力的作用下，其物理性能、化学性能发生变化。电容器内部发生化学反应、正负极之间产生气体，造成内压过大、电容量下降，损耗角正切值大大提高、漏电流上升、电容器承受纹波电流的能力下降，进入恶性循环，从而导致了电容器的失效。3  防止产品失效措施铝电解电容器是开关电源一次回路(输入)，二次回路(