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1.铝电解电容器电参数退化机理 1.1铝电解电容器结构 1.2铝电解电容器电参数说明 ★铝电解电容器的损耗角正切值主要由电解液损耗决定！ 1.3铝电解电容器损耗角正切值 datasheet参数说明： 2.铝电解电容器寿命影响因素 2.1因素概要说明 ☛从铝电解电容器的退化机理得知： - 在寿命试验以及使用过程中，电解液因修补氧化膜和蒸发而减少是引发铝电解电容器失效的主要原因；
- 影响电解液减少和变稠速度的主要因素包括温度和电应力；
2.2温度应力对铝电解电容器寿命的影响 在铝电解电容器工作过程中，正负电极会发生电化学反应： 铝电解电容器的电参数性能与内部化学反应密切相关。 根据化学动力学理论，提高温度对电化学反应有一定的加速作用。 2.3电应力对铝电解电容器寿命的影响-电压应力 ★铝电解电容器工作时，通常施加额定或降额的电压，从而保证在电场的作用下，电离子的正常流通，即保证电容器内部的电化学反应正常进行。 2.4电应力对铝电解电容器寿命的影响-电流应力 ★铝电解电容器工作时，除了承受正常的直流电压外，通常还伴随着纹波电流的作用。 由于等效串联电阻的存在，纹波电流将导致电容器内部中心位置的温度升高，从而影响其使用寿命。 3.铝电解电容器加速退化试验设计 3.1加速退化试验应力选择 - 试验样品：小尺寸引线式电容器；
- 工作电压：不考虑工作电压对寿命细微的影响；
- 纹波电流：纹波电流的影响也可以归结为温升；
- 对铝电解电容器施加额定电压，并将温度作为加速应力条件开展寿命试验。
- 在没有纹波电流影响且处于密闭温箱的条件下，可认为核温、壳温、环境温度三者近似相等。
3.2试验电路设计 ★为了保证试验样本数量，对同一型号的铝电解电容器采用并联的方式施加直流电压； 3.3预试验设计 - 加速试验的前提是保证试验样品的失效机理不发生改变；
- 铝电解电容器的电解液一般具有良好的高温性能和稳定性，但上限温度不同的电容器，其工作电解液的配方也有所不同；
- 若无法准确获取铝电解电容器样品型号的配方，便无法证明105 ℃的电容器在更高温度下其化学反应机理无变化；
- 采用预试验设计手段，去探究铝电解电容器内部反应机理不变时所能承受的温度；
3.4正式试验设计 - 试验样品：选取了30个铝电解电容器作为试验样品；
- 电压应力：在额定直流电压下；
- 温度应力：选取3个温度梯度（110 ℃、120 ℃和130 ℃）进行加速寿命试验，即每个温度梯度有10个试验样品；
- 每隔140h 将高低温箱调节至室温；静置（24±4）h后，测试每一个样品参数（电容值、损耗角正切）；
★故障判据： - 试验中每间隔140 h测试一次样品参数；
- 先进行外观检查，并将容量C和损耗角正切作为主要的判据，若其中之一不合格，便视为故障；
- 依据行业经验，设置了3个判别条件：
- 外观检测，出现电容器漏液、破损及鼓包等故障的样本数量应不超过样本总量的10%；
- 容值的减少量不超过初始容值的20%；
- 损耗角正切值不超过初始值的200%；
4.铝电解电容器寿命预测 4.1数据处理-数据拟合 ★每个型号的电容器在一个温度梯度下有10 个试验样本，每个试验样本因测试间隔的原因有数个容量数据和数个损耗角正切数据。采用16 V/2 200 μF规格电容器在120 ℃工况下进行试验，每隔140 h测量常温下电容值数据表。 - 由图可以看出，电容量基本呈线性退化趋势，退化速率（曲线斜率）随温度有一定增长，但没有出现跳变、骤降等现象，从而在一定程度上间接说明温度只加快了反应速率，没有改变铝电解电容器的反应机理，说明试验结果合理；
- 经实测，损耗角正切值同样基本符合线性增长趋势，故而对容量数据和损耗角正切数据分别进行最小二乘估计，可以得到其线性拟合曲线方程。
4.2数据处理-伪寿命值 - 将电容量初始测量值的80%和损耗角正切初始测量值的200%代入拟合后的方程，分别得到电容量和损耗角正切到达故障判据时的拟合时间，即伪寿命值。
- 下表是16V/2 200 μF规格电容器在120 ℃工况下到达故障判据时的部分伪寿命值：
4.3寿命模型 - 由电容量推算的伪寿命值普遍小于由损耗角正切推算的伪寿命值，采用电容量进行寿命预计。
- 根据 Arrhenius 方程以及反应速度与工作寿命成反比的理论，可推导出寿命模型：
- 两边同时取对数，则寿命值的对数ln ( L)是绝对温度的倒数1/T的线性函数；
- 通过ln ( L)与 1/T 的关系进行线性参数拟合，可以确定反应活化能Ea；
- 计算每个铝电解电容器样品的伪寿命值，经过检验寿命数据分布，发现其基本符合正态分布，故而取各型号电容器伪寿命值的均值为该型号电容器的名义寿命；
- 依照图对不同温度条件下的名义寿命的对数ln ( L) 进行线性拟合，则得到16V/2 200 μF 电容器的反应活化能Ea1=0.719 1 eV。
4.4 寿命预计 4.5 加速因子 ★加速因子也可称为环境因子，它体现了加速试验中得到的寿命信息与实际使用条件下寿命信息之间的折算规律，可以表示为不同环境下寿命的比值： - 根据本文加速试验预测的使用寿命，加速因子为K = 59088/1292 = 45.73，即试验间隔140h 的参数退化量约等于在实际使用条件下6 402 h的参数退化量；
- 确定了加速因子后，只要根据加速试验数据预测参数退化趋势，就能对实际使用条件下的剩余寿命进行预测；
参考资料：文献类 - 开关电源中电解电容寿命预测分析；
- 铝电解电容器退化分析与故障预诊断；
- 加速试验：统计模型、试验设计与数据分析；
- 铝电解电容器加速退化试验设计与寿命预测研究；
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