【導讀】電解電容器和聚合物混合電容器具有多項優點
，然而它們的使用壽命有限，用戶需要借助算法來確定其壽命。

電解電容器和聚合物混合電容器具有幾乎相同的設計：它ta們men由you陰yin極ji側ce和he陽yang極ji側ce組zu成cheng，而er兩liang者zhe均jun由you鋁lv膜mo製zhi成cheng。陽yang極ji薄bo膜mo經jing過guo氧yang化hua處chu理li形xing成cheng氧yang化hua鋁lv層ceng
，從cong而er形xing成cheng電dian介jie質zhi。兩liang片pian薄bo膜mo使shi用yong隔ge離li紙zhi卷juan起qi來lai
，構gou成cheng卷juan繞rao元yuan件jian（圖 1、圖 2）。

圖 1：電解電容器主要由陽極和陰極薄膜
、隔離紙和電解質組成

圖 2：電解電容器和聚合物電容器的基本設計

兩種電容器之間的區別在於填充過程所用的材料，這也是其名稱的由來：電解電容器填充有電解質
，而聚合物混合電容器則使用聚合電解質或固體和液體聚合物的組合。

兩款電容器都具有諸多優點，例如尺寸小但電容值高
、成本低
，以及適用於多種設計，例如SMD
、THT 或卡入式(snap-in)設計。

與yu電dian解jie電dian容rong器qi相xiang比bi
，聚ju合he物wu混hun合he電dian容rong器qi具ju有you更geng高gao的de紋wen波bo電dian流liu容rong量liang，以yi及ji在zai低di溫wen時shi內nei阻zu較jiao低di，在zai高gao頻pin時shi電dian容rong更geng穩wen定ding。這zhe兩liang種zhong電dian容rong器qi技ji術shu的de缺que點dian在zai於yu使shi用yong壽shou命ming有you限xian。在zai運yun作zuo過guo程cheng中zhong
，電dian解jie質zhi或huo液ye態tai聚ju合he物wu會hui縮suo減jian（圖 3）。

圖 3：電解液或液態聚合物在運作過程中擴散，導致電容器使用壽命縮短。Arrhenius方程可粗略估算電容器的使用壽命。

使用壽命的限製因素

影ying響xiang電dian解jie電dian容rong器qi和he聚ju合he物wu混hun合he電dian容rong器qi使shi用yong壽shou命ming的de最zui大da因yin素su是shi電dian容rong器qi的de內nei核he溫wen度du，它ta隨sui著zhe環huan境jing溫wen度du和he所suo施shi加jia紋wen波bo電dian流liu水shui平ping的de增zeng加jia而er上shang升sheng。此ci外wai，由you於yu紋wen波bo電dian流liu過guo大da而er帶dai來lai的de機ji械xie應ying力li也ye會hui損sun壞huai氧yang化hua層ceng，導dao致zhi自zi愈yu(self-healing)xiaoyingerxiaohaoewaidedianjiezhi。ziyushidianjiedianrongqihejuhewuhunhedianrongqitongguodianjieyehelvzhijiandehuaxuefanyinglaihuifuyanghuacengdenengli。dianjiezhishousuoyehuidaozhidianqicanshuehua
，lirudianrongyijidengxiaochuanliandianzu (ESR)和損耗因數等參數。

使用壽命結束通常是指數據表參數（通常是電容損耗和損耗因數百分比的增加）未達標的階段。

當在最終產品的目標運作期間找出電氣參數達標的電容器產品時，用戶可以使用Arrhenius方程進行初步評估。如圖 4 所示
，使用壽命作為擴散係數函數
，在很大程度上類似於Arrhenius方程。因此，根據經驗法則可以表述如下：工作溫度降低50°F (10°C) 可讓使用壽命翻倍。

圖 4：Arrhenius 方程和經驗法均表明，工作溫度每降低 50°F (10 C)，電容器的使用壽命就會增加一倍
，兩者提供了幾乎一致的結果

Arrhenius 方程僅提供粗略的指導數值
，因為沒有考慮到紋波電流對自熱效應的顯著影響。

電容器供應商提供支持

為(wei)了(le)獲(huo)得(de)精(jing)確(que)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)計(ji)算(suan)數(shu)值(zhi)，建(jian)議(yi)用(yong)戶(hu)與(yu)相(xiang)應(ying)的(de)電(dian)容(rong)器(qi)供(gong)應(ying)商(shang)合(he)作(zuo)。這(zhe)項(xiang)計(ji)算(suan)需(xu)要(yao)客(ke)戶(hu)提(ti)供(gong)任(ren)務(wu)配(pei)置(zhi)文(wen)件(jian)，詳(xiang)細(xi)說(shuo)明(ming)相(xiang)關(guan)溫(wen)度(du)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)實(shi)際(ji)運(yun)行(xing)小(xiao)時(shi)數(shu)。

圖 5：任務配置文件示例顯示供應商需要哪些參數來準確地計算使用壽命

每mei家jia供gong應ying商shang都dou對dui自zi有you產chan品pin使shi用yong單dan獨du的de計ji算suan，其qi中zhong包bao括kuo溫wen度du曲qu線xian和he紋wen波bo電dian流liu負fu載zai。因yin此ci，供gong應ying商shang可ke以yi使shi用yong客ke戶hu提ti供gong的de任ren務wu配pei置zhi文wen件jian進jin行xing詳xiang細xi的de使shi用yong壽shou命ming計ji算suan。

使用任務配置文件
，供應商可以根據相應的應用來評估和推薦電容器產品，這也可以防止使用超規格(over-specified) 也更昂貴的電容器產品。

冷卻操作確保更長的使用壽命

增(zeng)加(jia)散(san)熱(re)器(qi)的(de)表(biao)麵(mian)積(ji)是(shi)改(gai)善(shan)散(san)熱(re)從(cong)而(er)延(yan)長(chang)電(dian)容(rong)器(qi)壽(shou)命(ming)的(de)好(hao)方(fang)法(fa)。例(li)如(ru)，通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)風(feng)扇(shan)或(huo)水(shui)進(jin)行(xing)主(zhu)動(dong)冷(leng)卻(que)
，可(ke)以(yi)確(que)保(bao)更(geng)好(hao)的(de)散(san)熱(re)效(xiao)果(guo)。在(zai)驗(yan)證(zheng)組(zu)件(jian)並(bing)計(ji)算(suan)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)時(shi)，用(yong)戶(hu)可(ke)以(yi)考(kao)慮(lv)這(zhe)類(lei)冷(leng)卻(que)概(gai)念(nian)。

冷卻元件與電容器的連接也起著關鍵作用。

將jiang冷leng卻que元yuan件jian直zhi接jie連lian接jie到dao組zu件jian
，通tong常chang比bi將jiang其qi放fang置zhi在zai電dian路lu板ban的de另ling一yi側ce更geng有you效xiao。此ci外wai，還hai需xu要yao考kao慮lv電dian容rong器qi的de外wai圍wei單dan元yuan，因yin為wei它ta通tong過guo接jie腳jiao同tong時shi輻fu射she和he吸xi收shou熱re量liang，特te別bie是shi附fu近jin安an裝zhuang了le功gong率lv半ban導dao體ti或huo其qi他ta發fa熱re組zu件jian時shi
，情qing況kuang尤you為wei如ru此ci。如ru果guo有you經jing驗yan數shu據ju（例如導通溫度
、電流、電壓和頻率）
，便可以將這個熱量輸入納入使用壽命計算中。

如(ru)果(guo)用(yong)戶(hu)使(shi)用(yong)導(dao)熱(re)膏(gao)或(huo)導(dao)熱(re)墊(dian)，它(ta)們(men)的(de)熱(re)阻(zu)則(ze)是(shi)決(jue)定(ding)性(xing)因(yin)素(su)。數(shu)值(zhi)越(yue)低(di)，散(san)熱(re)效(xiao)率(lv)越(yue)高(gao)。如(ru)果(guo)冷(leng)卻(que)元(yuan)件(jian)需(xu)要(yao)電(dian)氣(qi)隔(ge)離(li)
，應(ying)當(dang)選(xuan)擇(ze)絕(jue)緣(yuan)導(dao)熱(re)膏(gao)或(huo)合(he)適(shi)的(de)焊(han)墊(dian)。

如果用戶希望自行進行計算或模擬，可以從供應商處獲取從電容器的核心（繞組元件）到接腿以及封裝的熱阻模型。

如果完全了解散熱情況以及從頂蓋或 PCB 到(dao)冷(leng)卻(que)元(yuan)件(jian)的(de)熱(re)阻(zu)，則(ze)可(ke)以(yi)推(tui)斷(duan)出(chu)額(e)外(wai)的(de)散(san)熱(re)或(huo)供(gong)熱(re)。一(yi)旦(dan)驗(yan)證(zheng)可(ke)能(neng)的(de)散(san)熱(re)
，供(gong)應(ying)商(shang)或(huo)會(hui)允(yun)許(xu)使(shi)用(yong)更(geng)高(gao)的(de)電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)，但(dan)前(qian)提(ti)是(shi)不(bu)超(chao)過(guo)供(gong)應(ying)商(shang)規(gui)定(ding)的(de)最(zui)大(da)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)，因(yin)為(wei)這(zhe)會(hui)帶(dai)來(lai)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)機(ji)械(xie)負(fu)載(zai)。

圖 6：電容器的熱等效電路圖

結論

在選擇電容器產品時，建議使用Arrhenius方(fang)程(cheng)來(lai)確(que)定(ding)初(chu)始(shi)指(zhi)導(dao)數(shu)值(zhi)。通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)任(ren)務(wu)配(pei)置(zhi)文(wen)件(jian)，可(ke)以(yi)準(zhun)確(que)地(di)計(ji)算(suan)應(ying)用(yong)中(zhong)所(suo)選(xuan)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)，這(zhe)也(ye)考(kao)慮(lv)了(le)由(you)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)引(yin)起(qi)的(de)自(zi)熱(re)程(cheng)度(du)。為(wei)了(le)最(zui)大(da)限(xian)度(du)地(di)延(yan)長(chang)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)使(shi)用(yong)壽(shou)命(ming)，用(yong)戶(hu)應(ying)該(gai)研(yan)究(jiu)可(ke)能(neng)的(de)冷(leng)卻(que)概(gai)念(nian)
，並(bing)且(qie)在(zai)開(kai)發(fa)階(jie)段(duan)邀(yao)請(qing)供(gong)應(ying)商(shang)或(huo)分(fen)銷(xiao)商(shang)參(can)與(yu)。

來源：儒卓力，作者：Sven, Christian  

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