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铝电解电容寿命计算及相关因素的详细分析

易容网:2017-02-13阅读(3547) 声明:  转载请注明文章来源易容网   (www.mlcc1.com)

  1、概要

  铝电解电容的寿命受使用条件的影响是非常大的,如使用温度、湿度、振动、所加电压、纹波等。


  铝电解电容器的故障率(λ)如下图,制品使用后不久的时间内因使用环境或制品问题发生的初期故障器件,还有制品处于稳定器,不轻易发生故障的偶发故障期间和制品使用到其寿命后故障增加的磨耗故障时间。

铝电解电容故障率图

  2、使用温度和寿命

  铝电解电容器寿命随使用温度的变化而变化,寿命一般在最高保证温度之下(40℃以上),每下降10℃,其寿命增加2倍。这是因电解液随温度变化,通过密封材料向外挥发的速度之差所决定的,其公式如下:

铝电解电容寿命计算公式

  3、加反压

  在给铝电解电容器的负极施加反压时,电容器的负极会化成皮膜。此现象与被加过电压是同样的现象,制品发热及产生气体,导致放爆边破裂。当被加的反压超出10V以上时,会在短时间内放爆边破裂,发生故障。但所加的反压小的时候放爆边不破裂,造成制品容量减少,损失上升,导致电容器寿命缩短。

反压与电容寿命的关系


  4、纹波电流(RIPPLE)与寿命

  1)纹波电流与发热

  铝电解电容器与其他电容比较,其损失偏大。因此加纹波时内部发热,温度上升,大大影响制品的寿命,其加纹波的发热公式如下:

  W=Ir?R + VI

  W:内部消耗功率

  Ir:RIPPLE电流

  V:所加电压

  I:漏失电流

  漏失电流的影响比RIPPLE要小的多(Ir?>>VI),如忽略漏失电流的影响,公式如下:

  W=Ir?R
  如果内部发热与散热达到平衡时,则如下:

内部发热与散热平衡时的计算公式


  内部发热温度△T是电容的中心发热温度,实际测定困难,因此以制品温度来判断。如下是表面温度和制品内部温度系数:

表面温度与制品内部温度系数表


  2)频率保证系数

  铝电解电容随频率等价阻抗(ESR)值变化,因此也根据频率纹波的允许值变化。铝电解电容一般在120Hz标明纹波允许值,且频率上升纹波值也变大,频率下降,纹波值也变小。以下是68~680μF RD系列频率和保证系数的关系:

68~680μF RD系列频率和保证系数的关系


允许纹波与等价值列阻抗的关系

  3)温度别制品中心温度的限度值

  随加纹波,素子中心发热,温度上升时注意点是铝电解电容器根据周围温度别有最大的允许值。下图表中以105℃保证品为例,40℃以下寿命2倍规律不适用,因此寿命的推算只能在40℃以上适用。

40度以上铝电解电容寿命推算公式


  周围温度和纹波发热温度曲线图,如下:

周围温度和纹波发热温度曲线图

  4)纹波(RIPPLE)寿命

  考虑因纹波电流造成的内部发热和周围温度影响的电解电容器寿命计算公式如下:

因纹波电流造成的内部发热和周围温度影响的电解电容器寿命计算公式

  L1:最高使用温度保证寿命(Hours)

  L2:实际使用寿命(Hours)

  T1:最高保证温度(℃)

  T2:周围温度(℃)(周围温度40℃以上)

  △T1:加允许波纹电流时的素子中心发热温度(℃)

  △T2:加实际使用纹波电流时的素子中心发热温度(℃)

  K:常数(5~10)

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