漏電流越小就越好嗎？

對于任何電容器，漏電絕對都是越小越好，理想電容器的漏電應該為零的。但漏電流一般來說和使用壽命無關，主要和類型有關，比如鋁電解電容漏電大一些，云母電容、瓷片電容漏電就很微小甚至測不到。還有重要的一點就是電容的阻抗越低越好，電容的壽命和工作的環境溫度，濕度，電壓有關。

1 引言

電解電容廣泛應用在電力電子的不同領域，主要是用于平滑、儲存能量或者交流電壓整流后的濾波，另外還用于非精密的時序延時等。在開關電源的MTBF預計時，模型分析結果表明電解電容器是影響開關電源壽命的主要因素，因此了解、影響電容壽命的因素非常重要。鋁電解電容的壽命取決于其內部溫度。因此，電解電容的設計和應用條件都會影響到電解電容的壽命。從設計角度，電解電容的設計方法、材料、機械加工工藝決定了電容的壽命和穩定性。而對應用者來講，使用電壓、紋波電流、開關頻率、安裝形式、散熱方式等都影響電解電容的壽命。

2 電解電容的非正常失效

一些因素會引起電解電容失效，如極低的溫度，電容溫升（焊接溫度，環境溫度，交流紋波），過高的電壓，瞬時電壓，甚高頻或反偏壓；其中溫升是對電解電容工作壽命Lop影響最大的因素。電容的導電能力由電解液的電離能力和粘度決定。當溫度降低時，電解液粘度增加，因而離子移動性和導電能力降低。當電解液冷凍時，離子移動能力非常低以致非常高的電阻。相反，過高的熱量將加速電解液蒸發，當電解液的量減少到一定極限時，電容壽命也就終止了。在高寒地區（一般－25℃以下）工作時，就需要進行加熱，保證電解電容的正常工作溫度。如室外型UPS，在我國東北地區都配有加熱板。電容器在過壓狀態下容易被擊穿，而實際應用中的浪涌電壓和瞬時高電壓是經常出現的。尤其我國幅員遼闊，各地電網復雜，因此，交流電網很復雜，經常會出現超出正常電壓的30，尤其是單相輸入，相偏會加重交流輸入的正常范圍。經測試表明，常用的450V/470uF 105℃的進口普通2000小時電解電容，在額定電壓的1.34倍電壓下，2小時后電容會出現漏液冒氣，頂部沖開。根據統計和分析，與電網接近的通信開關電源PFC輸出電解電容的失效，主要是由于電網浪涌和高壓損壞。電解電容的電壓選擇一般進行二級降額，降到額定值的80％使用較為合理。

3 壽命影響因素分析

除了非正常的失效，電解電容的壽命與溫度有指數級的關系。因使用非固態電解液，電解電容的壽命還取決于電解液的蒸發速度，由此導致的電氣性能降低。這些參數包括電容的容值，漏電流和等效串聯電阻（ESR）。參考RIFA公司預計壽命的公式：

PLOSS = IRMS2x ESR （1） Th = Ta PLOSS x Rth （2） Lop = A x 2 Hours （3） B = 參考溫度值（典型值為85 ℃） A = 參考溫度下的電容壽命（根據電容器直徑的不同而變化） C = 導致電容壽命減少一半所需的溫升度數從上面的公式中，我們可以明顯的看到，影響電解電容壽命的幾個直接因素：紋波電流IRMS和等效串聯電阻值（ESR）、環境溫度（Ta）、從熱點傳遞到周圍環境的總的熱阻（Rth）。電容內部溫度最高的點，叫熱點溫度（Th）。熱點溫度值是影響電容工作壽命的主要因素。而下列因素又決定了熱點溫度值實際應用中的外界溫度（環境溫度Ta）, 從熱點傳遞到周圍環境的總的熱阻（Rth）和由交流電流引起的能量損耗（PLOSS）。電容的內部溫升與能量損耗成線形關系。電容充放電時，電流在流過電阻時會引起能量損耗，電壓的變化在通過電介質時也會引起能量損耗，再加上漏電流造成的能量損耗，所有的這些損耗導致的結果是電容內部溫度升高。

3.1、設計上考慮因素

在非固態電解液的電容里，電介質為陽極鋁箔氧化層。電解液作為陰極鋁箔和陽極鋁箔氧化層之間的電接觸。吸收電解液的紙介層成為陰極鋁箔與陽極鋁箔之間的隔離層，鋁箔通過電極引接片連接到電容的終端。 · 通過降低ESR值，可減少電容內由紋波電流引起的內部溫升。這可通過采用多個電極引接片、激光焊接電極等措施實現。 ESR值和紋波電流決定了電容的溫升。促使電容能有滿意的ESR值的主要措施之一是：通常用一個或多個金屬電極引接片連接外部電極和芯包，降低芯包和引腳之間的阻抗。芯包上的電極引接片越多，電容的ESR值越低。借助于激光焊接技術，可在芯包上加上更多的電極引接片，因此使電容能達到較低的ESR 值。這也意味著電容能經受更高的紋波電流和具有較低內部溫升，也就是說更長的工作壽命。這樣做也有利于提高電容抗擊震動的能力，否則有可能導致內部短路、高的漏電流、容值損失、ESR值的上升和電路開路。 · 通過對電容芯包和鋁殼底部之間良好的機械接觸及通過芯包中間的熱沉，可將電容內部熱量有效地從鋁殼底部釋放到與之聯接的底板。內部熱傳導設計對于電容的穩定性和工作壽命極其重要。在Evox Rifa公司的設計中，負極鋁箔被延長到可直接接觸電容鋁殼厚的底部。這底部就成為芯包的散熱片，以使熱點的熱量能釋放。如選用帶螺栓安裝方式，安全地將電容安裝到底板上（通常為鋁板），可得到更為全面的

具有較低熱阻（Rth.）的熱傳導解決方案。 · 通過采用整體繞注有電極的酚醛塑料蓋和雙重的特制的封墊與鋁殼緊密咬合，可大大減少電解液的損失。電解液通過密封墊的蒸發決定了長壽命的電解電容工作時間。當電容的電解液蒸發到一定程度，電容將最終失效（這個結果會因內部溫升而加速）。Evox Rifa公司設計的雙層密封系統可減緩電解液蒸發速度，使電容達到其最長的工作壽命。以上這些特性保證了電容在要求的領域中具有很長的工作壽命。

3.2、影響壽命的應用因素

根據壽命公式，可以得出影響壽命的應用因素為：紋波電流IRMS、環境溫度（Ta）、從熱點傳遞到周圍環境的總的熱阻（Rth）。

1.紋波電流紋波電流的大小，直接影響電解電容內部的熱點溫度。查詢電解電容的使用手冊，就可以得到紋波電流的允許范圍。如果超出范圍，可以采用并聯方式解決。

2.環境溫度（Ta）和熱阻（Rth）根據熱點溫度的公式，電解電容的應用環境溫度也是重要因素。在應用時，可以考慮環境散熱方式、散熱強度、電解電容與熱源的距離、電解電容的安裝方式等。電容器內部的熱量，總是從溫度最高的“熱點”向周圍溫度相對較低的部分傳導。熱量傳遞的途徑有幾種：其一是通過鋁箔和電解液傳導。如果電容被安裝在散熱片上，一部分熱量還將通過散熱片傳遞到環境中。不同的安裝方式和間距和散熱方式都將影響電容到環境的熱阻。從“熱點”傳遞到周圍環境中的總熱阻用Rth 來表示。采用夾片安裝，將電容安裝在熱阻為2℃/W的散熱片上，所得到的電容熱阻值Rth =

3.6℃/W；采用螺栓安裝方式，將電容安裝在熱阻為 2℃/W散熱片上、強迫風冷速率為2m/s 時，所得到的電容熱阻值Rth = 2.1℃/W。（以

PEH200OO427AM型電容為例，環境周圍溫度為 85℃）。另外將延長的陰極鋁箔與電容器鋁殼直接接觸，也是很好的降低熱阻的方法。同時應注意鋁殼會因此帶負電，不能作負極連接。電容必須正確安裝才能達到它的設計工作壽命。例如：RIFA

PEH169系列和PEH200系列應該豎直向上安裝或者水平安裝。同時確保安全閥朝上，這樣熱的電解液及蒸氣才能在電容失效的情況下，從安全閥順利排出。當電容排列很緊湊時相鄰電容間至少應留出5mm的間隔以保證適量的空氣流動。使用螺栓安裝時，螺母扭矩的控制非常重要。如果擰得太松，則電容與散熱片間就不

能緊密接觸；如果擰得太緊，又可能使螺紋損壞。同時應注意電容器不應倒置安裝，否則可能造成螺栓的折斷。電容安裝時應盡量遠離發熱元件，否則過高的溫度會縮短電容器的使用壽命，從而使得電容器成為整個電路中壽命最短的部件。在環境溫度較高的情況下，盡量采用強迫風冷，將電容安裝在進風口處。

3.頻率的影響

若電流由基頻和多次諧波構成，則須計算每次諧波產生的功率損耗值，并將計算結果相加以求得總損耗值。在高頻應用中，電容兩端引線應盡量短以減小等效電感。電容的諧振頻率fR，因電容器種類不同而不同。對于焊片式和螺栓連接式鋁電解電容，諧振頻率在1.5kHz至150kHz之間。如果電容器在高于諧振頻率時使用，對外特性呈感性。

4結語

綜上所述，在避免非正常失效的情況下，選擇正確的應用條件和環境，電解電容的壽命是可以保障的。

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電解電容

電解電容器耐壓測試及應用

電容的耐壓，表示電容在一定條件下連續使用所能承受的電壓。如果加在電容上的工作電壓超過額定電壓，電容內部的絕緣介質就有可能被擊穿，造成極片間短路或嚴重漏電。因此，電容的工作電壓不能大于其額定耐壓，以保證電路可靠工作。

對于電解電容器，漏電流是性能指標中重要的一項。電解電容的漏電流與電壓的關系密切，漏電流隨工作電壓的增高而增大。當工作電壓接近陽極的賦能電壓時，漏電流會急劇上升。通過測試電解電容的漏電電流，可以推算出它的極限耐壓和額定耐壓，對于電路中電容耐壓的取值，有直接的參考意義。

根據這個原理，筆者設計并制作了～款電容耐壓測試儀，其線路簡單、成本低廉、制作容易，較好地解決了業余條件下電容耐壓測試的問題。

變壓器T1和T2型號相同，背靠背對接，提供高低壓兩組電源，并起到隔離作用。低壓的經整流濾波后，由R1、DWl、Q1、Ral ～Ral 1組成電流可調的恒流源。高壓的經整流濾波后由Rbl～RblO、DW2分壓，Q2輸出可調的直流電壓。使用時選擇合適的電壓Uc和電流Jc，將被測電容接到Cxa、Cxb兩點上，此時會看到電壓表指針緩慢偏轉，達到一定的位置后靜止，指針所指的電壓即為該電容在漏電電流為lc時所承受的耐壓。

波段開關K3、K4（各單擋11位）分別是測試電壓和電流（即漏電流）選擇開關，其測試量程如表1所示。表2為測試電路中的元件清單。

一、測試電路的使用方法

1.將測試電壓調到比電容額定電壓高一些的擋位。如測試35V的

申容。可將擋位放到64V，測試50v的電容，可將擋位放到64M或96V.擋位高一些對測試結果影響不大，只是擋位越高，三極管Q1的功耗相應會大一些。

2.選擇合適的測試電流。測試電流應根據電容容量來選擇，容量越大測試電流也越大。對于4700μF以上的電容，可選擇大于

10mA的測試電流；對于1000～4700μF的電，容，可選擇5mA左右的測試電流：對于10μF以下的電容，可選擇0.2～1mA的測試電流。

3.紅色鱷魚夾接電容正極，黑色鱷魚夾接電容負極。接好后看到電壓表指針先勻速緩慢偏轉。正常情況下偏轉位置應超過額定電壓，當達到某一值時其指針偏轉變慢，并且越來越慢，最終靜止下來，此時電容的漏電流等于Q1集電極的恒流電流，電壓表所指示的電壓，為此電容在漏電電流為Ic時所承受的耐壓，可粗略認為是該電容的極限耐壓。

4.測試完畢后將開關K2閉合，待電容放電后取下。

表3是利用附圖的測試電路測量的部分電解電容器的產品實例。

二、測試經驗總結

1.電容容量越大，測試電流（漏電流）也應相應變大。

國產的鋁電解電容器，在額定電壓6.3～450V，標稱容量10～680μF時，漏電流可按下列公式計算：I≤（KxCxU）／1000公式中：I為漏電流（mA）；K為系數（20℃±5℃時，K=O.03）；U 為額定工作電壓（V）；C為標稱容量（μF）；

2.由于電解電容器只能單向工作，如將電解電容正負端接反測試，在5mA電流下測試其電壓會極低，大約只有4V左右。

3.長期不用的電解電容器，由于氧化膜的分解，容量、耐壓都有一定的衰減，在第一次使用時，應先加低壓（1／2額定耐壓）老化一段時間（等效電解電容器的賦能）。

4.同樣的容量和耐壓的電解電容器，其體積較大、分量較重的一般耐壓性能更好些；同樣的容量和耐壓的電解電容器，其相同的測試電流，電壓指針偏轉快的，漏電流較小。

5.正品電解電容極限耐壓一般為其額定電壓的120％左右。

6.當工作電壓高于額定電壓時，電容就較容易擊穿。因此選用電解電容時，應使額定電壓高于實際工作電壓，并要預留一定的余量，以應付電壓的波動。一般情況下，額定電壓應高于實際工作電壓的10％～20％，對于工作電壓穩定性較差的電路，可酌情預留更大的余量。

7.使用本電路測試電解電容器，不會造成電容的損壞。

三、測試電路的改進

1.由于沒有購買到合適的電壓表頭，DC250V以上擋不能指示。如果能夠換成DC320v表頭就比較理想。表頭量程也不宜太大，否則會降低分辨率，用這樣的表頭去測試低耐壓電容時，會造成讀數偏差太大。

2.為了取得更準確的測試電壓，可將Rbl～Rbl0分壓電阻換成相應穩壓值的穩壓管（加限流電阻）或多圈精密可調電阻。

3.V1若換成數字式電壓表，電壓讀數將更加直觀、精確。不過需另外加裝一組DC5v浮動電源。

4.恒流電阻Ral～Rall，若用一只47∞電阻串聯一只4.7kΩ多圈精密電位器代替后，其恒流值（1.1～12mA）可連續可調。

四、測試電路功能的擴展

除了測試電解電容，本儀表還可以測試以下元件的部分參數： 1.薄膜電容的耐壓。薄膜電容的極限耐壓一般高于其額定電壓的50％～100％，測試時選擇小電流擋（＜lmA），電壓可選擇2倍額定電壓。相同容量的電容，充電速度越快，漏電流和損耗越小，質量越好。金屬化薄膜電容器在測試時如聽到輕微的"啪啪"聲，說明其內部有局部擊穿，應降低測試電壓。

2.壓敏電阻的保護電壓。電壓擋和電流擋都可以放在最大擋位測試，電壓表頭所指即為壓敏電阻的保護電壓。

3.LED的工作電壓。由于LED的工作電壓較低（1.5-3V），需在Cxal、Cxbl處并聯數字電壓表，電流擋選擇5～10mA，通過數字表讀數。

4.二極管的反向擊穿電壓。對于1N4001系列耐壓，其值小于250V的塑封二極管，電流擋可選擇lmA，電壓擋調至最高，利用電壓表頭讀出其反向擊穿電壓。

5.穩壓二極管的工作電壓。電流擋調至1～5mA，電壓擋可略高于其額定值，在電壓表頭上可讀出二極管的實際的穩壓值。