液態電解電容與固態電容壽命比較
文: 吳振源 /工程部
willard@meanwell.com
評估電源供應器的壽命是否可以超過規格書的保固期,主要是以輸出電容的壽命為主。目前業界較常用的兩個種類,一個是液態電解電容,一個是固態電容。至於要選用哪一種,就要先了解這兩種電容的性質。
表一是液態電解電容與固態電容的比較表。液態電解電容因容量大、價格低等特點廣泛應用於整流、濾波電路中,但其發熱會加快電解液的消耗以致乾涸,甚至造成電解液的沸騰而爆漿開頂;與此同時,電解液的乾涸還會降低紋波電流的承受能力,急劇縮短電容器的使用壽命,也會使漏電流增大、損耗增加、產生瞬時超溫度等危害。因此,發熱是電解電容器使用中不可忽視的因素,在使用中應該確保電解電容器不應超過其額定工作溫度、儘量避開熱源,必要的時候採用有效的措施進行冷卻。
固態電容,是除了鉭電容外最高端的電容,採用高導電性分子材料,裡面是粉末狀的電解質,具有防爆漿,穩定性好、可靠性高、耐高溫、壽命長等優點。固態電容的主要作用就是將一些電流的尖峰和雜波進一步過濾,能保證各部分供電的穩定性。主板在長期使用的過程中過熱導致電解液受熱膨脹,當受熱到超過沸點,電解電容會產生爆漿現象,即俗稱的主板爆漿,較為高端的主板均會採用固態電容,以避免此情形。
簡稱 | 液態電解電容 | 固態電容 |
全名 | 液態鋁質電解電容器 | 導電高分子鋁質固態電容器 |
介電材料 | 電解液 | 導電性高分子材料PEDT |
外觀 | 鋁質外殼多覆有塑膠膜,上方並有防爆線(如圖一) | 外殼為鋁質金屬,上頭印有規格,多半無防爆線(如圖二) |
溫度特性 | 低溫:電解液凝固 | 高低溫穩定 |
高溫:電解液膨脹,高壓爆裂 | ||
成本 | 低 | 高 |
體積 | 大 | 小 |
阻抗 | 大 | 小 |
工作頻率 | 適用低頻 | 適用高頻 |
應用 | 消費性電子、工業應用、資訊電子、通訊產品、汽車等市場 | 主要應用於:斷路器型電力計、MDL Power Logger 電能記錄儀、攝影機、LED看板、電腦、高階伺服器、IPC、主機板CPU 週邊、LCD TV、繪圖卡、及遊戲機、電信 (基地台、路由器、網通)高階產品或溫度高的地方 |
表一 液態電解電容與固態電容的比較表
圖一 液態電解電容外觀 | 圖二 固態電容外觀 |
表二是兩者的壽命比較。以6000hrs/105℃的液態電解電容與5000hrs/105℃的固態電容來做比較,圖三是根據公式計算出不同溫度下的壽命;由曲線圖可以知道,在高溫下,固態電容並無法展現出高壽命的特質,而在90℃以下,此特質才會越明顯。
液態電解電容 | 固態電容 |
簡單法則:溫度每降10℃,壽命增倍 | 簡單法則:溫度每降20℃,壽命增加10倍 |
公式: L= L0 x 2 ( Tmax-T) /10 L0:電容 Tmax 的壽命(規格值) T:電容實際量測到的溫度 |
公式: L= L0 x10 ( Tmax-T) /20 L0:電容 Tmax 的壽命(規格值) T:電容實際量測到的溫度 |
表二 壽命比較表
圖三 壽命曲線比較圖
雖然固態電容與液態電解電容相比有極大的特性優勢,但考量到成本與較少高耐電壓電容產品選擇,設計者只會針對部分小型化或高信賴性需求的產品依測試結果使用固態電容,藉此達到產品小型化與高壽命要求,使用固態電容的產品也不見得有產品壽命的絕對優勢,重要的其實是使用者必須依實際溫度與壽命需求選擇適合的產品。產品壽命評估可參閱產品測試報告。
參考資料:
1 https://kknews.cc/zh-tw/digital/2br25by.html
2 https://www.flying1688.com/news_detail_36.htm