鋁電解電容器的失效分析
一、鋁電解電容失效模式與因素概述
鋁電解電容器正極、負極引出電極和外殼都是高純鋁，鋁電解電容器的介質是在正極表面形成的三氧化二鋁膜，真正的負極是電解液，工作時相當一個電解槽，只不過正極表面的陽極氧化層已經形成，不再發生電化學反應，理論上電流為零，由于電極與電解液雜質的存在，會引起微小的漏電流。從現象上看，鋁電解電容器常見的失效現象與失效模式有：電解液干涸、壓力釋放裝置動作、短路、開路（無電容量）、漏電流過大等。
如果鋁電解電容器在質量上沒有問題，失效問題的出現就是出現在應用環境中。鋁電解電容器設計應用環境主要有：環境溫度、散熱方式、電壓、電流參數等。對電容器的應用者而言，短路、開路屬于"災難性的失效"，或曰"致命的失效"，使其完喪失了電容器的功能。其他幾類失效模式（即由第二類因素造成的失效），一般歸為"劣化失效"，或曰"耗盡失效"。
二、鋁電解電容的失效機理
1、耗盡失效--電解液揮發
通常電解電容器壽命的終了評判依據是電容量下降到額定（初始值）的80%以下。由于早期鋁電解電容器的電解液充盈，鋁電解電容器的電容量在工作早期緩慢下降。隨著負荷過程中工作電解液不斷修補被雜質損傷的陽極氧化膜所致電解液逐漸減少。到使用后期，由于電解液揮發而減少，粘稠度增大的電解液就難于充分接觸經腐蝕處理的粗糙的鋁箔表面上的氧化膜層，這樣就使鋁電解電容器的極板有效面積減小，即陽極、陰極鋁箔容量減少，引起電容量急劇下降。因此，可以認為鋁電解電容器的容量降低是由于電解液揮發造成。而造成電解液的揮發的最主要的原因就是高溫環境或發熱。
由于應用條件使鋁電解電容器發熱的原因是鋁電解電容器在工作在整流濾波（包括開關電源輸出的高頻整流濾波）、功率電爐的電源旁路時的紋波（或稱脈沖）電流流過鋁電解電容器，在鋁電解電容器的ESR產生損耗并轉變成熱使其發熱。
當鋁電解電容器電解液蒸發較多、溶液變稠時，電阻率因粘稠度增大而上升，使工作電解質的等效串聯電阻增大，導致電容器損耗明顯上升，損耗角增大。例如對于105℃工作溫度的電解電容器，其最大芯包溫度高于125℃時，電解液粘稠度驟增，電解液的ESR增加近十倍；增大的等效串聯電阻會產生更大熱量，造成電解液的更大揮發。如此循環往復，鋁電解電容器容量急劇下降，甚至會造成爆炸。
2、耗盡失效--漏電流增加
漏電流增加往往導致鋁電解電容器失效。應用電壓過高和溫度過高都會引起漏電流的增加。
3、壓力釋放裝置動作
為了防止鋁電解電容器中電解液由于內部高溫沸騰的氣體或電化學過程而產生的氣體而引起內部高氣壓造成鋁電解電容器的爆炸。為了消除鋁電解電容器的爆炸，直徑8mm以上的鋁電解電容器均設置了壓力釋放裝置（見上圖鋁電解電容器壓力釋放裝置，中間十字），這些壓力釋放裝置在鋁電解電容器內部的氣壓達到尚未使鋁電解電容器爆炸的危險壓力前動作，泄放出氣體。隨著鋁電解電容器的壓力釋放裝置的動作，鋁電解電容器即宣告失效。
1）電化學過程導致壓力釋放裝置動作
鋁電解電容器的漏電流就是電化學過程，電化學過程將產生氣體，這些氣體的聚積將造成鋁電解電容器的內部氣壓上升，最終達到壓力釋放裝置動作泄壓。
2）溫度過高導致壓力釋放裝置動作
鋁電解電容器溫度過高可能是環境溫度過高，如鋁電解電容器附近有發熱元件或整個電子裝置就出在高溫環境。
鋁電解電容器溫度過高的第二個原因是芯包溫度過高。鋁電解電容器芯包溫度過高的根本原因是鋁電解電容器流過過高的紋波電流。過高的紋波電流在鋁電解電容器的ESR中產生過度的損耗而產生過度的發熱使電解液沸騰產生大量氣體，使鋁電解電容器內部壓力及急劇升高時壓力釋放裝置動作。
4、瞬時超溫
通常鋁電解電容器的芯包核心溫度每降低10℃，其壽命將增大到原來的一倍。這個核心大致位于電容器的中心，是電容器內部最熱的點。可是，當電容器升溫接近其最大允許溫度時，對于大多數型號電容器在125℃時，其電解液要受到電容器芯包的排擠，導致電容器的ESR增大到原來的10倍。在這種作用下，瞬間超溫或過電流可以使ESR永久性的增大，從而造成電容器失效。在高溫和大紋波電流的應用中特別要警惕瞬時超溫發生的可能，還要額外注意鋁電解電容器的冷卻。
1）上電沖擊產生瞬時過電壓的
上電過程中，由于濾波電感釋放儲能到濾波電容器中，導致濾波電容器的過瞬時過電壓。上電過電壓示意圖如下：
2）電容過電壓失效的防范
電容器在過電壓狀態下容易被擊穿，而實際應用中的瞬時高電壓是經常出現的。選擇承受瞬時過電壓性能好的鋁電解電容器，有的鋁電解電容器給出了瞬時過電壓值得參數。
3）電解液干涸是鋁電解電容器失效的最主要原因
電解液干涸的原因：電解液自然揮發、電解液的消耗。
電解液自然揮發：電解液的揮發速度隨溫度的升高；電解液的揮發速度與電容器的密封質量有關，無論在高溫還是在低溫條件下都要有良好的密封性。
電解液的消耗：漏電流所引起的電化學效應消耗電解液；鋁電解電容器的壽命隨漏電流增加而減少；漏電流隨溫度的升高而增加：25℃時漏電流僅是85℃時漏電流的十分之一不到，漏電流隨施加電壓升高而增加：耐壓400V的鋁電解電容器在額定電壓下的漏電流大約是90%額定電壓下漏電流的5倍。
三、鋁電解電容器壽命
電解液干涸的時間就是鋁電解電容器的壽命。鋁電解電容器額定壽命小時數，按壽命小時數鋁電解電容器可以分為：一般用途（常溫，3年以內）：1000小時；一般用途（常溫，希望比較長的時間）：2000小時以上；工業級：更長的壽命小時數。
影響鋁電解電容器的壽命，主要因素如下：
1：溫度：根據鋁電解電容器的電解液的不同，鋁電解電容器的最高工作溫度可分為：一般用途：85℃。一般高溫用途：105℃。特殊高溫用途：125℃。汽車發動機艙：140~150℃。其中，溫度每升高10℃，壽命小時數減半。
2：電解液：電解液的多與寡決定鋁電解電容器的壽命。
總之，根據應用條件，影響鋁電解電容器壽命的因素如下：高溫縮短鋁電解電容器壽命、高紋波電流縮短鋁電解電容器壽命、工作電壓過高縮短鋁電解電容器壽命。
鋁電解電容器的壽命可根據ESR、熱阻、紋波電流推算壽命，或者根據溫度、紋波電流與壽命的關系推算壽命。例如：不含有紋波電流工作狀態的鋁電解電容器的推算，基本依據為"10℃法則"，即環境溫度每上升10℃壽命減半，反之亦然，這個"10℃法則"是在零紋波電流條件下適用。在鋁電解電容器流過比較大的紋波電流時不一定適用。
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