来源:低压电器
开关电源滤波电容(大容量铝电解电容)爆浆的故障:铝电解电容铝质外壳顶部“膨胀”或是顶部的塑料薄膜片发生严重变形,也有的突然顶部喷热气,甚至发生爆炸的险象,铝质外壳向外弹射,芯纸絮屑四处爆溅沾污设备内部。维修人员面对该类电容的失效,往往不假思索地判断电容漏电击穿、过压击穿,或者因为受散热器的高温烘烤,甚至直接认为电容质量不过关,简单地换电容来解决,导致这类问题屡屡发生。
铝电解电容顶部膨胀明显是因为其内部高温或压力异常增高引起。由于铝电解电容的正极为高纯度金属铝,负极是具有一定粘度的液态电解液,电容在负荷条件下犹如一个电解槽,正负极之间会产生气体,负荷越大时间越长,产生的气体就越多,且铝电解电容是一种密封性很强的元器件,封口处采用橡胶密封、卷边压槽工艺,当内部压强达到一定程度,超出密封体所能承受的限度时,就会瞬间引起铝电解电容的爆炸。
铝电解电容本身质量不好,或是设计与使用不当都可能发生爆炸。若是铝电解电容本身的质量问题,比如介质氧化膜有瑕疵、孔洞等缺陷,防爆结构不合理;或是铝电解电容极性接反;或是负荷频率过高、迭加的纹波过大时,其损耗与漏电流的增大会产热升温,导致内部气体恶性膨胀,酿成爆炸,特别是电容C与耐压V的乘积数越大的铝电解电容越容易爆炸,且爆炸的危害也越大。
对于彩电开关电源中滤波电容的爆炸,并不能简单的认为是铝电解电容漏电流过大,或是受散热器高温影响,其爆炸的真相是交流纹波。彩电开关电源的工作频率很高,滤波电容的CV乘积大且交流纹波较大,这样的使用环境远比线性电源中工频使用环境下的滤波电容严酷。因此开关电源中必须使用能够承受大纹波电流的专用高纹波型铝电解电容,才能有效提高安全性与可靠性。
高纹波型铝电解电容在其外壳上的热性塑套上有明显的标识,比如电容外套上有HI-RIPPLE就是耐高纹波的标志,有些铝电解电容则简写为RI,另外像CD293、CD281等都是专用耐高纹波的铝电解电容。
大的交流纹波电流容易导致铝电解电容爆炸,因此在选定高纹波型的铝电解电容时还要重视防爆结构。防爆结构是以凹凸相间的扇形或十字设置在铝电解电容外壳顶部。当铝电解电容内部的气压异常增高而达到一定程度时,内压力可靠地顶起防爆阀来卸压。
对于开关电源的设计,除了在设计阶段控制好元器件参数外,产品在生产时的试验把关同样至关重要,实际生产时下述两项试验是非常必要的质量把关手段。
- 迭加纹波耐久性试验在寿命试验中对电容施加适当地交流纹波1000小时,试验后测量电容的关键参数如电容值、耐压值、漏电流等符合规格书标称参数值。
- 防爆阀可靠性试验对电容试品施加适当的交流电,有意识地促使其产热升温而膨胀,以此判断是否合格。铝电解电容的爆炸缘由其内部气体恶性膨胀,而气体膨胀由于电容内部温升直接相关。因此电容的工作环境温度要严格按照规格书要求,降低电解电容的环境温度能有效延长其使用寿命,理论上温度每降低10℃,其寿命提高2倍,以此在开关电源中的铝电解电容至少选择105℃温度范围的电容,且远离发热源。