电解电容测试仪

电解电容器是电子行业的一种较难控制品质的元器件，由电解电容引起的产品品质问题较多，很多厂家不知如何检查电解电容的质量，不得不花高价购买名牌电解电容，这样就会提高很多的成本。本人经过探索和实践，把总结出的一套高效的非常规筛选方法和自制的夹具介绍给大家，不管是名牌、杂牌还是冒牌，一试便知质量的好坏。常规测试方法一般的电子书上都有，本文不再重复说明。另外，令本人感到自豪的是，我以前的电解电容供应商也求我做了几套，用于自己的产品和竞争对手的产品质量比较。 原理：电子镇流器所用的电解电容器的主要问题是在工作时耐压值不够或温度系数差，造成电解电容损坏。本方法是在电解电容器的极限工作耐压的状况下，通过充放电来检测电解电容的质量，如果有条件在高温下做筛选更好。如果电解电容的性能不够，稍微有点漏电的时候，其他电解电容所存储的电荷将会通过该电容放出，结果将性能较差的电容炸毁。性能好的电解电容完好无损 主要元件选择：T1用0-250V/1KW的自藕调压器，T2需定制，参数是500W，220/380V升压式隔离变压器。直流电压表用1000V量程的。S1和S2用联动的开关，最好可选用机床上的紧急制动开关代替。灯泡用普通的白芷灯就可以了。保险丝用彩电上的延迟保险丝就行。 制作方法：先制作一个夹具，可以把很多待测的.电解电容器的引脚固定，并可以可靠地电气连接。再用一个箱子，把所有的东西安装在箱子内，电压表、灯泡、开关和调压手柄装在箱子的外表面，连接好电气线路就可以进行电解电容筛选了。 仪器调试方法：先按照电解电容的要求调好工作电压，把电解电容器装在夹具上夹紧，关上箱子盖，按下电源开关，这时灯泡亮了一下，同时电压表的指针在上升，表示电路在给电解电容充电，到了规定的电压时，灯泡熄灭。再旋转开关，让开关跳起，这时灯泡亮一下，表示电解电容在放电，同时电压表指针在下降。这样表示仪器工作正常。 额定工作电压的选择方法：一般情况下，额定工作电压选为电解电容标识电压的110-120%，如标识电压为400V，那么，工作电压选为440-480V之间。如仪器在高温情况下就选为440V，在低温情况下就选为480V。 筛选操作方法：先根据电解电容的标识调好工作电压，关上电源开关，装上电解电容，夹紧，盖上箱子盖。打开电源开关，关上，反复三次，再打开电源开关，保持半小时，再反复开关三次，最后关上电源开关，取出电解电容，这步筛选工作完毕。 注意事项：若在测试过程中爆炸的、破裂的，漏气的电解电容皆为不合格品，其他可作为合格品使用。全面的筛选方法还要包含电容量、漏电电流和损耗角的检测。

电解电容广泛应用在电力电子的不同领域，主要是用于平滑、储存能量或者交流电压整流后的滤波，另外还用于非精密的时序延时等。在开关电源的 MTBF预计时，模型分析结果表明电解电容是影响开关电源寿命的主要因素，因此了解、影响电容寿命的因素非常重要。 1.电解电容的寿命取决于其内部温度。 因此，电解电容的设计和应用条件都会影响到电解电容的寿命。从设计角度，电解电容的设计方法、材料、加工工艺决定了电容的寿命和稳定性。而对应用 者来讲，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.电解电容的非正常失效 一些因素会引起电解电容失效，如极低的温度，电容温升（焊接温度，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。 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%，尤其是单相输入，相偏会加重交流输入的正常范围。经测试表明，常用的450V/470uF 105℃的进口普通2000小时 电解电容，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输出电解电容的失效， 主要是由于电网浪涌和高压损坏。铝电解电容的电压选择一般进行二级降额，降到额定值的80％使用较为合理。 3 寿命影响因素分析 除了非正常的失效，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)²x ESR　（1） Th = Ta + PLOSS x Rth　（2） Lop = A x 2　Hours　（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。 影响电解电容寿命的原因分析及对策(2) 3.1、设计上考虑因素 在非固态电解液的电容里，电介质为阳极铝箔氧化层。电解液作为阴极铝箔和阳极铝箔氧化层之间的电接触。吸收电解液的纸介层成为阴极铝箔与阳极铝箔 之间的隔离层，铝箔通过电极引接片连接到电容的终端。 通过降低ESR值，可减少电容内由纹波电流引起的内部温升。这可通过采用多个电极引接片、激光焊接电极等措施实现。ESR值和纹波电流决定了电容的温升。促使电容能有满意的ESR值的主要措施之一是：通常用一个或多个金属电极引接片连接外部电极和芯包，降低芯包和引脚 之间的阻抗。芯包上的电极引接片越多，电容的ESR值越低。借助于激光焊接技术，可在芯包上加上更多的电极引接片，因此使电容能达到较低的ESR值。这也 意味着电容能经受更高的纹波电流和具有较低内部温升，也就是说更长的工作寿命。这样做也有利于提高电容抗击震动的能力，否则有可能导致内部短路、高的漏电 流、容值损失、ESR值的上升和电路开路。 通过对电容芯包和铝壳底部之间良好的机械接触及通过芯包中间的热沉，可将电容内部热量有效地从铝壳底部释放到与之联接的底板。 内部热传导设计对于电容的稳定性和工作寿命极其重要。在EvoxRifa公司的设计中，负极铝箔被延长到可直接接触电容铝壳厚的底部。这底部就成 为芯包的散热片，以使热点的热量能释放。如选用带螺栓安装方式，安全地将电容安装到底板上（通常为铝板），可得到更为全面的具有较低热阻（Rth.）的热 传导解决方案。 通过采用整体绕注有电极的酚醛塑料盖和双重的特制的封垫与铝壳紧密咬合，可大大减少电解液的损失。 电解液通过密封垫的蒸发决定了长寿命的电解电容工作时间。当电容的电解液蒸发到一定程度，电容将最终失效（这个结果会因内部温升而加速）。 Evox Rifa公司设计的双层密封系统可减缓电解液蒸发速度，使电容达到其最长的工作寿命。 以上这些特性保证了电容在要求的领域中具有很长的工作寿命。 3.2、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 纹波电流的大小，直接影响电解电容内部的热点温度。查询电解电容的使用手册，就可以得到纹波电流的允许范围。如果超出范围，可以采用并联方式解 决。 2.环境温度（Ta）和热阻（Rth） 根据热点温度的公式，铝电解电容的应用环境温度也是重要因素。在应用时，可以考虑环境散热方式、散热强度、电解电容与热源的距离、电解电容的安装 方式等。 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℃）。 另外将延长的阴极铝箔与电容器铝壳直接接触，也是很好的降低热阻的方法。同时应注意铝壳会因此带负电，不能作负极连接。 电容必须正确安装才能达到它的设计工作寿命。例如：RIFA　PEH169系列和PEH200系列应该竖直向上安装或者水平安装。同时确保安全阀 朝上，这样热的电解液及蒸气才能在电容失效的情况下，从安全阀顺利排出。 当电容排列很紧凑时相邻电容间至少应留出5mm的间隔以保证适量的空气流动。使用螺栓安装时，螺母扭矩的控制非常重要。如果拧得太松，则电容与散 热片间就不能紧密接触；如果拧得太紧，又可能使螺纹损坏。同时应注意电容器不应倒置安装，否则可能造成螺栓的折断。 电容安装时应尽量远离发热元件，否则过高的温度会缩短电容器的使用寿命，从而使得电容器成为整个电路中寿命最短的部件。在环境温度较高的情况下， 尽量采用强迫风冷，将电容安装在进风口处。 3.频率的影响 若电流由基频和多次谐波构成，则须计算每次谐波产生的功率损耗值，并将计算结果相加以求得总损耗值。 在高频应用中，电容两端引线应尽量短以减小等效电感。 电容的谐振频率(fR)，因电容器种类不同而不同。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。 4　结语 综上所述，在避免非正常失效的情况下，选择正确的应用条件和环境，电解电容的寿命是可以保障的。

最近IQC送样测试时，发现两家不同的供应商同一规格的电解电容（220UF）中的胶塞cd值都超过80PPM，其中一家送外测Cd值为48PPM大于客户Cd=30PPM的要求，被判退，庆幸的是该款来料没上线使用。往常该型号电解电容胶塞Cd都为“ND”，怀疑是供应商使用的原料有问题。