非固態(tài)鋁電解電容器的長壽命技術(shù)
信息來源于:互聯(lián)網(wǎng) 發(fā)布于:2021-11-08
為了防止地球變暖,從國家到企業(yè)為削減CO2而不斷努力。但2011年3月日本東部的大地震事故使日本國民對核能發(fā)電的合理性產(chǎn)了變化,核能發(fā)電被相繼停止下來。為此,日本國內(nèi)的電力供應(yīng)產(chǎn)生了巨大缺口。全國范圍的能源節(jié)省被重視起來。更有世界人口增長、世界人口大國的中國及印度的城市化推進將使能源需求不斷增加。作為解決對策,建設(shè)智能住宅、智能城市、智能電網(wǎng)等構(gòu)想從民間升級到國家層面被重視和推進。地球環(huán)境問題、能源問題已成為緊急課題在世界形成共識。
為了防止地球變暖、作為結(jié)省能源手段的LED照明(Light Emitting Diode)被受關(guān)注。LED已在多個領(lǐng)域被應(yīng)用和發(fā)展,特別是防止照明產(chǎn)品導(dǎo)致的地球變暖、CO2削減,節(jié)省能源等手段、LED將逐步替代白熾燈、節(jié)能燈并得到發(fā)展。LED的最大特長是節(jié)省能源、長壽命,所采用的元器件也要求小型、可靠而被重視和開發(fā)。
LED照明產(chǎn)品使用非固態(tài)鋁電解電容器(以下稱鋁電解電容器)。與其它電容相比,有較寬使用溫度、小型且大容量、價格便宜等特點,但其缺點是壽命受限制。鋁電解電容器已成為LED照明產(chǎn)品不可欠缺的元器件,但是電容壽命原因?qū)⒂绊懗善穳勖?br />
鋁電解電容器的長壽命化是一個大課題,每個電容廠商一直都在研究,RUBYCON采用多年積累的經(jīng)驗和技術(shù)開發(fā)了高可靠性電解液,利用它我們開發(fā)出了小型且長壽命的LLE系列(符圖-1)。本稿將重點介紹LLE系列。
鋁電解電容器的壽命受溫度影響較大,電容周邊的溫度降低時、產(chǎn)品的壽命將延長。為此在電路設(shè)計時,為滿足產(chǎn)品的壽命要求,元器件的布局放置是一方面,電容的環(huán)境溫度降低也很重要。但是由于LED產(chǎn)品(特別是球泡式LED)元器件緊湊,只考慮元器件的布局使其壽命滿足要求是非常困難的。球泡式LED照明使用105度10000h的電容有時很難滿足壽命要求,需要更長壽命的電容。
LLE系列主要是面向長壽命要求的LED球泡燈市場而開發(fā)。該系列的特點是耐圧160V~400V,尺寸Φ6.3×11L~Φ10×16L業(yè)界最長壽命12,000h~20,000h。表-1、列舉了LLE系列與此前市場用的較多的長壽命BXC系列的壽命對比。LLE系列在之前的長壽命產(chǎn)品BXC的基礎(chǔ)上開發(fā)出了更小尺寸的產(chǎn)品體系,在相同尺寸下,LLE實現(xiàn)了比BXC長達1.8~2倍的長壽命。
圖表-1列舉了引線型Φ10×16L的中高壓產(chǎn)品在四分之一世紀里的壽命變遷,由圖可以看出,LLE系列實現(xiàn)了壽命的大幅度延長。
選用LLE系列,可以實現(xiàn)以下目的。
(1) 在嚴酷的使用環(huán)境下也可滿足長壽命的要求。
?。?)一般鋁電解電容器產(chǎn)品因不能滿足設(shè)備的壽命要求,而被迫選用了MLCC或薄膜電容器,LLE系列將有效解決壽命問題外,還可降低元器件成本。
?。?)為了滿足產(chǎn)品的壽命要求,此前需要選用更大尺寸的電解電容器,LLE系列將解決該問題,并實現(xiàn)產(chǎn)品的小型化。
?。?)產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)熱較大時,需考慮電容的布局(放置)、散熱等解決方案,LLE系列使電路設(shè)計變得簡單化、小型化。
圖表-1 長壽命推進
鋁電解電容器主要是受電解液通過封口橡膠蒸發(fā)及電解液自身特性的變化而使電容性能老化,因此作為對策,保持電解電容器的壽命就必需盡可能的防止電解液蒸發(fā)、防止電解液自身特性的變化以及保持電容內(nèi)適當?shù)碾娊庖悍萘康取?br />
鋁電解電容器使用的電解液里含有多種溶劑,其中乙二醇作為主要溶劑被各廠商所研究開發(fā),配合各自的經(jīng)驗不斷積累和設(shè)計。RUBYCON利用50年以上的電解液開發(fā)技術(shù)、配合相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗、開發(fā)了高溫環(huán)期下長期穩(wěn)定的電解液,并應(yīng)用于LLE系列。該電解液與一般標準品相比,在長時間高溫環(huán)境下,特性變化率約減低至1/3以下,使電解液的熱老化抑至到最小。
另外、選用氣密性更好的封口橡膠配合上述電解液,使其達到最佳的匹配。而且,利用本公司開發(fā)的生產(chǎn)設(shè)備,高精度的控制電解液的注入量,確保電解液的用量穩(wěn)定。
LLE系列集結(jié)了材料,產(chǎn)品設(shè)計、生產(chǎn)設(shè)備等多種技術(shù)與一身,實現(xiàn)了超長壽命。
圖表-2是LLE系列400WV6.8μF10×16的壽命試驗數(shù)據(jù)(容量変化率,損耗角正切變化)。由圖可以看出,產(chǎn)品特性在長時間內(nèi)非常穩(wěn)定。
圖表-2 LLE系列 高溫、額定紋波電流、帶負荷試驗
LLE作為長壽命產(chǎn)品,特別為長壽命要求的LED球泡燈而設(shè)計,因此尺寸及電壓被限定在一定范圍內(nèi),未來,為對其它要求長壽命及嚴酷環(huán)境下運行的產(chǎn)品作出貢獻,將根據(jù)市場需求,不斷豐富LLE系列。
產(chǎn)品的小型化使產(chǎn)品內(nèi)部發(fā)熱上升,對元器件的長壽命提出了要求。鋁電解電容器由于是壽命受限的器件,將影響產(chǎn)品的整機壽命,但由于大容量需求及單位容量的價格便宜等特點,被大多數(shù)產(chǎn)品所使用。鋁電解電容器的長壽命化是確保產(chǎn)品長期可靠運行的關(guān)鍵器件,因此作為長久課題被不斷開發(fā)和發(fā)展,但發(fā)展到今,我們還不能說鋁電解電容器作為長壽命產(chǎn)品已滿足各種用途.因此,未來我們將確保并發(fā)展鋁電解電容器特長的同時,推進鋁電解電容器的更長壽命發(fā)展。