将可疑的电容器置于额定温度、额定电压、额定纹波电流条件下测试,如果没有达到厂商规定的寿命小时数(通常差距很大)就可以判定是早期失效。需要注意的是电解电容器的出厂批号一定和出问题是同一批次。常有电解电容器制造商在不同的批次用不同的电解液来改善水合反应问题。
“水合”反应是影响低压铝电解电容器寿命的最大障碍
为什么低压铝电解电容器会出现“水合”反应?这是由于低压铝电解电容器应用的特殊性:
主要应用领域:开关电源输出整流滤波,电脑主板电源旁路,LED驱动电路的输出整流滤波。
电脑主板、开关电源、LED驱动对低压铝电解电容器的特性要求:
尽可能低的ESR,由于电解液电导率的限制,常规低压铝电解电容器的ESR不可能做得极低。为了实现极低的ESR,最简单的办法就是提高电解液的含水率,含水率越高越有可能导致“水合”反应的早期失效,大家电容器制造商绞尽脑汁抑制高含水率电解液电解电容器的“水合”反应,这也是低压铝电解电容器技术壁垒之一。
不仅如此,制造高含水率电解电容器时需要极其严格的控制整个制造过程,稍有不慎,就会导致产品的“水合”反应的早期失效。甚至最早掌握抗“水合”反应的日本电解电容器制造商也很回避高含水率电解电容器。通常使用较低含水率的新款替代高含水率的电解电容器。
采用新技术来实现真正的超长寿命低压铝电解电容器
低压电解电容器要想实现105℃温度条件下万小时级,从产品质量控制和产品一致性角度考虑,应避开高含水率电解液。转而采用其它高新技术。
主要有高品质的较低含水率的电解液、新型腐蚀箔结构及其相关技术;严格的生产质量管理,如生产环境的洁净度、避免氯离子进入生产环节(如生产操作者呼吸排出的氯离子等)、如何避免水分进入电解电容器的芯子等
通过上述新技术、新材料和先进的生产管理措施的实施,采用较低含水率电解液的低压铝电解电容器完全可以获得105℃/1万小时的寿命。如RUBYCON的YXJ系列和我国的LKF系列。我国生产的LKF系列性能参数与RUBYCON的YXJ系列参数除体积稍大外,其他参数是一样的,甚至某些参数还超过RUBYCON的YXJ系列的参数。完全可以替代RUBYCON的YXJ系列。
相对于高含水量电解液的低压铝电解电容器,新型较低含水量的低压铝电解电容器的性能差一仅仅在于ESR稍大。例如同样是470μF/25V规格,RUBYCON的ZLH系列高含水率铝电解电容器的ESR仅为39mΩ,而较低含水率的YXJ系列低压铝电解电容器的ESR为80mΩ。对于470μF/25V规格的80mΩESR在应用上是没有问题的,没有必要非用39mΩ。
问题的解决
通过采用较低含水率电解液的低压铝电解电容器解决了低压、低阻铝电解电容器因“水合”反应所导致的早期失效问题。彻底避开因抗“水合”反应技术与工艺导致的产品价格的提高;确保了产品的一致性和稳定性。在超长寿命的低压铝电解电容器系列中。较低含水率低压铝电解电容器的价格要低于高含水率低压铝电解电容器。
5万小时的LED驱动使用寿命彻底解决了因铝电解电容器寿命问题而导致的LED灯寿命明显低于LED寿命的问题,彻底解决了铝电解电容器这块影响LED驱动寿命的短板。
二、电解电容器在LED驱动电路中的位置与作用
电解电容器的特点
电解电容器是各类电解电容器中最便宜的,因此常应用于需要足够电容量的单相整流滤波和DC/DC变换器或AC/DC变换器输出滤波电容器。
LED驱动电路实际上是开关电源的特例,也就是需要限压恒流的开关电源。由于LED照明需要散热器,因此LED驱动电路往往需要做成隔离型变换器。对于小功率LED驱动电路,为了降低成本,往往做成反激式开关电源。
如果将驱动电路与LED做在一体,驱动电路将工作在高温状态,需要各元件能够承受高温。LED寿命很长,可达数万小时,驱动电路也应满足这个要求,影响LED驱动电路的关键元件是电解电容器。相对节能灯电容器,体积要小。小体积需要具有更高品质的铝箔、电解液,体现了铝电解电容器制造核心技术的提升。
三、LED驱动电路需要的电容器的特性
LED驱动电路中需要电解电容器的地方为:
① 输入整流滤波
② 输出整流滤波
③ 控制IC电源旁路
3.1 输入整流滤波
输入整流滤波电容器的作用:
① 平滑输入整流电压
② 吸收来自整流电路产生的纹波电流
③ 吸收来自LED驱动电路产生的纹波电流
① 平滑输入电压
将输入整流滤波电压平滑到平均值的20%(交流176V整流后为200V,40V的纹波电压峰-峰值)需要1μF/W的电容量,如此大的电容量在低成本要求下只有电解电容器能满足要求。
② 来自整流电路产生的纹波电流
在滤波电容器的电容量选择1μF/W时,对应的滤波角频率为15.2弧度/秒。在整流滤波电容器的特性曲线上可以得到:流过电容器的电流几乎为整流输出平均值电流的约3倍!是交流输入电流有效值的约1.5倍。或者以输出功率计算约为7mA/W。考虑效率等综合因素,可以近似为10mA/W也可以近似理解为每位法电容量需要约10mA的工频纹波电流。除此之外,输入整流滤波电容器还要吸收来自LED驱动电路产生的纹波电流
③ 来自LED驱动电路产生的纹波电流
一般小功率LED驱动电路多采用反激式变换器电路拓扑,并且在220V电压等级时为电流断续型。在这种状态下,反激式变换器向整流输出索取的电流是断续的锯齿波,其交流成分需要有滤波电容起吸收,按占空比为0.4计算。每输出1W功率需要10mA有效值电流。综合考虑,每μF需要约15mA 有效值电流。