影响电解电容寿命的因素

关于影响APC秀康系列40KVAUPS电容容值下降的原因分析报告贵部门的APC秀康系列40KVA-UPS中的BUS总线电路中的核心部件铝电解电容，主要是用于平滑、储存能量和整流后的滤波。经检测正BUS总线电容为4850UF，平均值才达到1212UF，而准确值为2000UF到2200UF之间。目前只能达到55%左右。负BUS总线电容为5200UF平均值才达到1300UF，而准确值为2000UF到2200UF之间。目前只能达到60%左右。因此影响整机的帯载功率和其他部件的温升升高和加速部件的老化。从而影响其他部件的寿命，也造成电容恶性循环容值下降的重要原因。而影响电容容值下降和老化的因素如下：1.电解电容的寿命取决于其内部温度。从APC秀康系列UPS的设计角度，安装工艺及电容的底部没有安装散热器，只简单的用固定支架固定，影响了电容的寿命和稳定性。而对UPS电源来讲，使用电压、纹波电流、开关频率、安装形式、散热方式等都影响电解电容的寿命。2.BUS总线上瞬间浪涌电压导致电解电容的非正常失效如极低的温度，电容温升（环境温度，交流纹波），过高的电压，瞬时电压，甚高频或反偏压；其中温升是对电解电容工作寿命(Lop)影响最大的因素。这些因素引起电解电容失效和容值下降。电容的导电能力由电解液的电离能力和粘度决定。当温度降低时，电解液粘度增加，因而离子移动性和导电能力降低。当电解液冷冻时，离子移动能力非常低以致非常高的电阻。相反，过高的热量将加速电解液蒸发，当电解液的量减少到一定极限时，电容寿命也就终止了。在高寒地区（一般－25℃以下）工作时，就需要进行加热，保证电解电容的正常工作温度。如室外型UPS，在我国东北地区都配有加热板。电容器在过压状态下容易被击穿，而实际应用中的浪涌电压和瞬时高电压是经常出现的。尤其我国幅员辽阔，各地电网复杂，因此，交流电网很复杂，经常会出现超出正常电压的30%，在额定电压的1.34倍电压下，2小时后电容会出现漏液冒气，顶部冲开。根据统计和分析，与电网接近的通信开关电源PFC或BUS输出电解电容的失效，主要是由于电网浪涌和高压损坏。3.电解液影响寿命分析电容正常的失效，电解电容的寿命与温度有指数级的关系。因使用非固态电解液，电解电容的寿命还取决于电解液的蒸发速度，由此导致的电气性能降低。这些参数包括电容的容值，漏电流和等效串联电阻（ESR）。参考RIFA公司预计寿命的公式：PLOSS=(IRMS)²xESR（1）Th=Ta+PLOSSxRth（2）Lop=Ax2Hours（3）B=参考温度值（典型值为85℃）A=参考温度下的电容寿命（根据电容器直径的不同而变化）C=导致电容寿命减少一半所需的温升度数从上面的公式中，我们可以明显的看到，影响电解电容寿命的几个直接因素：纹波电流(IRMS)和等效串联电阻值（ESR）、环境温度（Ta）、从热点传递到周围环境的总的热阻（Rth）。电容内部温度最高的点，叫热点温度（Th）。热点温度值是影响电容工作寿命的主要因素。而下列因素又决定了热点温度值实际应用中的外界温度（环境温度Ta）,从热点传递到周围环境的总的热阻（Rth）和由交流电流引起的能量损耗（PLOSS）。电容的内部温升与能量损耗成线形关系。电容充放电时，电流在流过电阻时会引起能量损耗，电压的变化在通过电介质时也会引起能量损耗，再加上漏电流造成的能量损耗，所有的这些损耗导致的结果是电容内部温度升高。4.影响寿命的应用因素根据寿命公式，可以得出影响寿命的应用因素为：纹波电流(IRMS)、环境温度（Ta）、从热点传递到周围环境的总的热阻（Rth）。1.纹波电流由于该APC秀康系列UPS的散热通道堵塞造成噪音大，热损耗增大，致使纹波电流的变大大，直接影响电解电容内部的热点温度。2.环境温度（Ta）和热阻（Rth）电容器内部的热量，总是从温度最高的“热点”向周围温度相对较低的部分传导。热量传递的途径有几种：其一是通过铝箔和电解液传导。如果电容被安装在散热片上，一部分热量还将通过散热片传递到环境中。不同的安装方式和间距和散热方式都将影响电容到环境的热阻。从“热点”传递到周围环境中的总热阻用Rth来表示。采用夹片安装，将电容安装在热阻为2℃/W的散热片上，所得到的电容热阻值Rth=3.6℃/W；采用螺栓安装方式，将电容安装在热阻为2℃/W散热片上、强迫风冷速率为2m/s时，所得到的电容热阻值Rth=2.1℃/W。（以PEH200OO427AM型电容为例，环境周围温度为85℃）。3.频率的影响电容的谐振频率(fR)，对于焊片式和螺栓连接式铝电解电容，谐振频率在1.5kHz至150kHz之间。如果电容器在高于谐振频率时使用，对外特性呈感性。而秀康系列的安装位置刚好对准逆变器模块的，逆变器的开关频率影响电容的正常使用寿命。综上所叙，各种条件因素都有不相程度的影响容值下降，而电容的本身寿命也是有限的，贵部门的UPS使用近十年啦除了内部环境温度影响较大之外，内部的其他因素也是属于正常的影响。基本上电容的MTBF值也属于正常老化现象。