打開一個普通的 LED 燈泡，你經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)一個電解電容器占據(jù)了交流線路輸入的位置。雖然照明級 LED 的使用壽命通常超過 10,000 小時，但其底座中的電解電容器可能使用壽命不會那么長。造成這種不良后果的原因可能有很多種。
這些電路板上可見的電解電容器取自飛利浦(頂部)和 Feit Electric 生產(chǎn)的 60 W 等效 LED 燈泡。
電解電容器出現(xiàn)問題的主要原因可能是它們在反向電壓下性能不佳。電解電容器是極化設(shè)備，只有當電容器正極上施加的信號超過負極上施加的信號時，它們才能正常工作。對極性的敏感性是由電容器的結(jié)構(gòu)引起的。
最常見的電解電容是鋁電解電容。其陽極電極 (+) 是具有蝕刻表面的純鋁箔。一層薄薄的氧化鋁絕緣層充當電容器的電介質(zhì)。非固體電解質(zhì)覆蓋氧化層的粗糙表面，原則上用作陰極 (-)。第二層鋁箔稱為“陰極箔”，與電解質(zhì)接觸，用作與陰極的電連接。整個組件卷起來形成獨特的圓柱形，這就是電解電容的特點。
需要注意的一點是，在電解槽中對陽極材料施加正電壓會形成絕緣的氧化鋁層。其厚度與施加的電壓相對應(yīng)。該氧化層充當電介質(zhì)。在粗糙的陽極結(jié)構(gòu)上形成介電氧化物后，反電極必須與粗糙的絕緣氧化物表面相匹配。電解質(zhì)就是為此目的而生的。
電介質(zhì)的厚度很薄，通常以納米為單位。氧化層的電壓強度在正確的方向上相當高。但超過最大電壓規(guī)格會使電容器看起來像是短路。結(jié)果可以制作出值得關(guān)注的視頻，YouTube 上可供觀看的爆炸電容器數(shù)量就是明證。
這就是極性的作用：施加錯誤極性的信號會阻止氧化層的形成。結(jié)果可能再次導(dǎo)致災(zāi)難性的故障。
Illinois Capacitor 總結(jié)了電解電容器的故障模式。
當然，正常運行的應(yīng)用電路將向其使用的電解電容提供正確極性的信號?？s短電解電容壽命的最常見元兇是熱量。額定工作時間為 25°C 的 10,000 小時的電容器在更高溫度下使用時會降低額定值 - 其額定工作時間為 85°C 時可能僅為 1,000 小時，在 105°C 時甚至更低。熱量通常會蒸發(fā)電解質(zhì)并降低電容。此外，電解電容在反復(fù)快速充電和放電的電路中會發(fā)熱。高溫引起的性能變化是暫時的，一旦電容器恢復(fù)正常溫度(假設(shè)它沒有因過熱而損壞)，規(guī)格表上的性能就會重新出現(xiàn)。當溫度成為問題時，有些電容器的額定壽命較高。
另一個縮短電解電容壽命的臭名昭著的因素是電容所承受的紋波電流。紋波電流在經(jīng)常使用電解電容的電源調(diào)節(jié)器電路中很常見。由于復(fù)雜的電化學(xué)原因，紋波電流越高，電容的退化就越大、越快。對紋波電流的敏感度取決于電容的結(jié)構(gòu)和材料。供應(yīng)商使用不同的紋波電流值來指定使用壽命。此外，還有專門設(shè)計用于處理高紋波電流的電解電容。
不幸的是，供應(yīng)鏈問題也會影響電容器的性能。采購渠道中，劣質(zhì)或假冒零件越來越普遍。制造一個短期內(nèi)功能正常的電容器相對容易。然而，使用壽命很容易不達標。
例如，即使是高品質(zhì)的電解電容器，其電容也會隨著時間的推移偏離標稱值。指定的容差很大，通常為 20%，這并不罕見。因此，標稱電容為 47 μF 的鋁電解電容器的測量值預(yù)計在 37.6 μF 和 56.4 μF 之間。鉭電解電容器的容差更嚴格，但通常工作電壓較低。而對于不合格或假冒電容器，其隨時間變化的容差則完全無法確定。
了解電容規(guī)格表額定值的適用條件也是有益的。額定電容通常表示為 20°C 和 120 Hz 下的值。溫度高于和低于 20°C 時，電容會降低。還要注意損耗角正切的規(guī)格。損耗角正切定義為電容器電壓和電容器電流之間的相位角差與理論 90° 值的正切。該差異是由電容器內(nèi)的介電損耗引起的。損耗角正切 (tan δ) 表示為 20°C 和 120 Hz 下的值。該值在較高溫度下會下降，在較低溫度下會上升。
另外，電容和損耗角正切值隨頻率不同而不同。電容在高頻時較低，損耗角正切值在高頻時較高。電容器阻抗通常表示為 20°C 和 100 kHz 的值。頻率越低，阻抗就越高。
儲存條件也會影響電解電容的性能。如果鋁電解電容儲存時間過長，其漏電流會上升。與其他電容參數(shù)一樣，在儲存溫度較高時，這種影響更為明顯。但是，施加電壓可以降低漏電流。這是通過施加電壓來修復(fù)電解電容的原理。出于同樣的原因，電路設(shè)計人員在設(shè)計設(shè)備時應(yīng)考慮電容電流的初始增加。通常的方法是將保護電路與電容并聯(lián)。
電解電容器使用的封裝示例。這些來自 Nichicon 的封裝可在過熱時通過橡膠層排出氣體。
電容器本身的包裝也會引起問題。請注意，電容器外殼和陰極端子之間沒有隔離。制造商通常不會指定電解電容器外殼和陰極端子之間的電阻大小。電容器外殼套管也容易損壞。如果暴露在高溫下，套管可能會破裂。通常，外套管由 PVC 制成，但 PVC 是用于標記，而不是提供電氣絕緣。電解電容器通常還包含壓力通風(fēng)口，其形式為外殼上的薄區(qū)域，如果電容器被誤用，則放置在那里以處理壓力積聚。最好找出通風(fēng)口的位置并在其上方留出空間。
最后，串聯(lián)或并聯(lián)電容器的細微差異也會導(dǎo)致問題。例如，并聯(lián)電容器之間的電流可能不均勻。在電源中，結(jié)果之一可能是一個或多個電容器的紋波電流過大。同樣，當兩個或多個電容器串聯(lián)時，必須考慮施加電壓的平衡，以便施加到每個單個電容器上的電壓保持在額定電壓以下。通常的方法是將分壓電阻器與每個電容器并聯(lián)安裝。
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