【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

yingxiangdianjiedianrongqihejuhewuhunhedianrongqishiyongshoumingdezuidayinsushidianrongqideneihewendu

，tasuizhehuanjingwenduhesuoshijiawenbodianliushuipingdezengjiaershangsheng。ciwai，youyuwenbodianliuguodaerdailaidejixieyingliyehuisunhuaiyanghuaceng
，daozhiziyu(self-healing)效(xiao)應(ying)而(er)消(xiao)耗(hao)額(e)外(wai)的(de)電(dian)解(jie)質(zhi)。自(zi)愈(yu)是(shi)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)通(tong)過(guo)電(dian)解(jie)液(ye)和(he)鋁(lv)之(zhi)間(jian)的(de)化(hua)學(xue)反(fan)應(ying)來(lai)恢(hui)複(fu)氧(yang)化(hua)層(ceng)的(de)能(neng)力(li)。電(dian)解(jie)質(zhi)收(shou)縮(suo)也(ye)會(hui)導(dao)致(zhi)電(dian)氣(qi)參(can)數(shu)惡(e)化(hua)，例(li)如(ru)電(dian)容(rong)以(yi)及(ji)等(deng)效(xiao)串(chuan)聯(lian)電(dian)阻(zu) (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Arrheniusfangchenglaiquedingchushizhidaoshuzhi。tongguoshiyongrenwupeizhiwenjian，keyizhunquedijisuanyingyongzhongsuoxuandianrongqideshiyongshouming，zheyekaolvleyouwenbodianliuyinqidezirechengdu。weilezuidaxiandudiyanchangdianrongqideshiyongshouming，yonghuyinggaiyanjiukenengdelengquegainian
，bingqiezaikaifajieduanyaoqinggongyingshanghuofenxiaoshangcanyu。

來源：儒卓力，作者：Sven, Christian  

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