长期以来, 铝电解电容因其价格便宜导致其使用最为广泛, 然而最近几年这种趋势却发生了显著变化, 避免使用铝电解电容的情况正在增加, 主要原因在于铝电解电容的寿命较短, 这一缺陷往往成为设备的薄弱环节[1-4]。铝电解电容内部的电解液会蒸发或产生化学变化, 导致静电容量减少或等效串联电阻 (ESR) 增大, 随着时间的推移, 很可能出现电解液泄漏、爆炸、开路、击穿或电参数恶化等现象。因此, 铝电解电容的寿命短是导致其逐渐被替代的重要原因。影响铝电解电容寿命的原因很多, 其中工作条件是主要因素, 而温度是对电解电容工作寿命影响最大的因素, 过高的热量将加速电解液蒸发, 当电解液的存量减少到一定极限时, 电解电容的寿命也就终止了。
文献[8]分析了铝电解电容寿命老化的机理, 并通过计算剩余电解质的体积来估算电解电容的剩余寿命。该文在计算过程中考虑了温度对电解电容的等效串联电阻ESR的影响。文献[9]通过计算电容的ESR值实现损伤评估, 提出了一种基于直流电压检测的ESR检测方法。该方法仅需检测DC/DC变换器的直流侧电压, 然后通过滤波、整流等步骤提取出直流输出电压中纹波电压的特征量, 并将此用于标志电解电容ESR的大小。文献[10]给出了电解电容核心温度的理论计算方法, 对于使用阿伦尼乌斯方程的电解电容寿命评估方法也进行了详细分析, 并采用参数辨识的方法对电解电容的ESR进行提取, 以之作为估算电解电容损伤程度的依据。文献[11-14]提出了使用直流纹波电压和纹波电流在线计算ESR的方法, 通过对直流纹波电压和电流基波的比值计算ESR, 并在纹波电压和电流中滤除其直流成分, 防止负载变化的干扰。文献[15]从铝电解电容疲劳损伤机理出发, 基于已知的老化规律对线性损伤理论在铝电解电容疲劳损伤评估过程中的应用进行了探索, 提出了一种基于累积迭代的铝电解电容器直接疲劳损伤评估方法。文献[16]分别从纹波、寿命、掉电维持时间等方面给出了电解电容的选型方法。
1 直流支撑电容容值及过电压设计
直流支撑电容的容值近似由式 (1) 确定。
流过电容的有效值电流近似表达式为
