關于鋁電解電容器的長壽命化研究分析

為了防止地球變暖、作為結省能源手段的LED照明（Light Emitting Diode）被受關注。LED已在多個領域被應用和發(fā)展，特別是防止照明產品導致的地球變暖、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照明產品不可欠缺的元器件，但是電容壽命原因將影響成品壽命。

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，富士通代理的電容品牌紅寶石 Rubycon 采用多年積累的經驗和技術開發(fā)了高可靠性電解液，利用它開發(fā)出了小型且長壽命的LLE系列（圖-1）。

圖-1 小型長壽命LLE系列

鋁電解電容器長壽命化的必要性

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、產品的壽命將延長。為此在電路設計時，為滿足產品的壽命要求，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。

Rubycon LLE系列產品特點

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品BXC的基礎上開發(fā)出了更小尺寸的產品體系，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。

表-1 壽命比較（時間 / 105℃）

選用LLE系列產品，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。

（2）一般鋁電解電容器產品因不能滿足設備的壽命要求，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。

（3）為了滿足產品的壽命要求，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)產品的小型化。

（4）產品內部發(fā)熱較大時，需考慮電容的布局（放置）、散熱等解決方案，LLE系列使電路設計變得簡單化、小型化。

圖表-1 長壽命推進

LLE系列長壽命化的技術要素

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適當?shù)碾娊庖悍萘康取?/p>

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)，配合各自的經驗不斷積累和設計。Rubycon利用50年以上的電解液開發(fā)技術、配合相關技術經驗、開發(fā)了高溫環(huán)期下長期穩(wěn)定的電解液，并應用于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)的生產設備，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系列集結了材料，產品設計、生產設備等多種技術與一身，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，產品特性在長時間內非常穩(wěn)定。

圖表-2 LLE系列 高溫、額定紋波電流、帶負荷試驗

產品的小型化使產品內部發(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)產品所使用。鋁電解電容器的長壽命化是確保產品長期可靠運行的關鍵器件，因此作為長久課題被不斷開發(fā)和發(fā)展，未來Rubycon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。