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非固态铝电解电容器的长寿命技术

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为了防止地球变暖,从国家到企业为削减CO2而不断努力。但2011年3月日本东部的大地震事故使日本国民对核能发电的合理性产了变化,核能发电被相继停止下来。为此,日本国内的电力供应产生了巨大缺口。全国范围的能源节省被重视起来。更有世界人口增长、世界人口大国的中国及印度的城市化推进将使能源需求不断增加。作为解决对策,建设智能住宅、智能城市、智能电网等构想从民间升级到国家层面被重视和推进。地球环境问题、能源问题已成为紧急课题在世界形成共识。
为了防止地球变暖、作为结省能源手段的LED照明(Light Emitting Diode)被受关注。LED已在多个领域被应用和发展,特别是防止照明产品导致的地球变暖、CO2削减,节省能源等手段、LED将逐步替代白炽灯、节能灯并得到发展。LED的最大特长是节省能源、长寿命,所采用的元器件也要求小型、可靠而被重视和开发。

LLE系列
符图-1 小型长寿命LLE系列

LED照明产品使用非固态铝电解电容器(以下称铝电解电容器)。与其它电容相比,有较宽使用温度、小型且大容量、价格便宜等特点,但其缺点是寿命受限制。铝电解电容器已成为LED照明产品不可欠缺的元器件,但是电容寿命原因将影响成品寿命
铝电解电容器的长寿命化是一个大课题,每个电容厂商一直都在研究,RUBYCON采用多年积累的经验和技术开发了高可靠性电解液,利用它我们开发出了小型且长寿命的LLE系列(符图-1)。本稿将重点介绍LLE系列。

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铝电解电容器长寿命化的必要性

铝电解电容器的寿命受温度影响较大,电容周边的温度降低时、产品的寿命将延长。为此在电路设计时,为满足产品的寿命要求,元器件的布局放置是一方面,电容的环境温度降低也很重要。但是由于LED产品(特别是球泡式LED)元器件紧凑,只考虑元器件的布局使其寿命满足要求是非常困难的。球泡式LED照明使用105度10000h的电容有时很难满足寿命要求,需要更长寿命的电容。

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LLE系列特点

LLE系列主要是面向长寿命要求的LED球泡灯市场而开发。该系列的特点是耐圧160V~400V,尺寸Φ6.3×11L~Φ10×16L业界最长寿命12,000h~20,000h。表-1、列举了LLE系列与此前市场用的较多的长寿命BXC系列的寿命对比。LLE系列在之前的长寿命产品BXC的基础上开发出了更小尺寸的产品体系,在相同尺寸下,LLE实现了比BXC长达1.8~2倍的长寿命。
图表-1列举了引线型Φ10×16L的中高压产品在四分之一世纪里的寿命变迁,由图可以看出,LLE系列实现了寿命的大幅度延长。

尺寸LLE系列BXC系列
6.3×11
8×9
10×9
12,000H无该尺寸
8×11.5
10×12.5
15,000H8,000H
10×1620,000H10,000H

表-1 寿命比较(時間 / 105℃)

选用LLE系列,可以实现以下目的。
(1) 在严酷的使用环境下也可满足长寿命的要求。
(2)一般铝电解电容器产品因不能满足设备的寿命要求,而被迫选用了MLCC或薄膜电容器,LLE系列将有效解决寿命问题外,还可降低元器件成本。
(3)为了满足产品的寿命要求,此前需要选用更大尺寸的电解电容器,LLE系列将解决该问题,并实现产品的小型化。
(4)产品内部发热较大时,需考虑电容的布局(放置)、散热等解决方案,LLE系列使电路设计变得简单化、小型化。

长寿命推进
图表-1 长寿命推进

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LLE系列长寿命化的技术要素

铝电解电容器主要是受电解液通过封口橡胶蒸发及电解液自身特性的变化而使电容性能老化,因此作为对策,保持电解电容器的寿命就必需尽可能的防止电解液蒸发、防止电解液自身特性的变化以及保持电容内适当的电解液份量等。
铝电解电容器使用的电解液里含有多种溶剂,其中乙二醇作为主要溶剂被各厂商所研究开发,配合各自的经验不断积累和设计。RUBYCON利用50年以上的电解液开发技术、配合相关技术经验、开发了高温环期下长期稳定的电解液,并应用于LLE系列。该电解液与一般标准品相比,在长时间高温环境下,特性变化率约减低至1/3以下,使电解液的热老化抑至到最小。
另外、选用气密性更好的封口橡胶配合上述电解液,使其达到最佳的匹配。而且,利用本公司开发的生产设备,高精度的控制电解液的注入量,确保电解液的用量稳定。
LLE系列集结了材料,产品设计、生产设备等多种技术与一身,实现了超长寿命。
图表-2是LLE系列400WV6.8µF10×16的寿命试验数据(容量変化率,损耗角正切变化)。由图可以看出,产品特性在长时间内非常稳定。

LLE系列 高温、额定纹波电流、带负荷试验
图表-2 LLE系列 高温、额定纹波电流、带负荷试验

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未来发展

LLE作为长寿命产品,特别为长寿命要求的LED球泡灯而设计,因此尺寸及电压被限定在一定范围内,未来,为对其它要求长寿命及严酷环境下运行的产品作出贡献,将根据市场需求,不断丰富LLE系列。

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结束语

产品的小型化使产品内部发热上升,对元器件的长寿命提出了要求。铝电解电容器由于是寿命受限的器件,将影响产品的整机寿命,但由于大容量需求及单位容量的价格便宜等特点,被大多数产品所使用。铝电解电容器的长寿命化是确保产品长期可靠运行的关键器件,因此作为长久课题被不断开发和发展,但发展到今,我们还不能说铝电解电容器作为长寿命产品已满足各种用途.因此,未来我们将确保并发展铝电解电容器特长的同时,推进铝电解电容器的更长寿命发展。

※本稿是2012年1月26日发行的电波新闻「高新技术」基础上修改而成。

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