鋁電解電容可靠性 壽命估算

2022-10-05 01:54:02 字數 2389 閱讀 2676

鋁電解電容壽命的簡單推算

1) 不含有紋波電流工作狀態的鋁電解電容器的推算。

基本依據為「10℃法則」,即環境溫度每上公升10℃壽命減半,反之亦然。

這個10℃法則只在零紋波電流條件下適用,在鋁點解電容流過比較大的紋波電流時不一定適用。

2) 公式推算。在額定電壓下,鋁電解電容器的壽命可以由下式計算:

式中,和分別為實際環境溫度時的壽命和額定最高溫度時的壽命。

上面的推算方法僅適用於儲存狀態和無紋波電流(很小紋波電流)的工作狀態,對於明顯含有紋波電流的場合上述方法不一定適用,這時候應該將紋波電流的效應考慮在應用條件中。

鋁電解電容壽命估算環境因子包括環境溫度,應用電壓,紋波電流

估算的壽命

壽命基數

溫度係數

電壓係數

環境溫度係數

鋁電解電容器是一種電化學元件,化學反應速度遵循arrhenius方程

估算壽命

壽命基數

最高額定溫度

實際環境溫度

電壓係數

=1紋波電流的影響

內部功率損耗

電源紋波電流造成的功率損耗

直流電源造成的功率損耗

紋波電流

紋波頻率下的esr

dc電壓

漏電流如果dc電壓在額定電壓下,漏電流遠遠小於紋波電流,紋波功率損耗遠大於直流功率損耗。

功率損耗計算公式:

電容溫度提到到一定程度,內部產生的熱量與熱輻射平衡。平衡的溫度計算公式。

所以熱輻射常數℃

表面面積、

對電容由於紋波電流導致的核心溫度上公升

使用條件與鋁電解電容壽命的關係

在很多應用中鋁電解電容器中將流過紋波電流,甚至是非常高的紋波電流。

有紋波電流工作狀態的鋁點解電容壽命的推算可以通過算式得到。

1) 紋波電流與發熱

由於鋁電解電容器的esr明顯大於其它種類的電容器,因此鋁電解電容器流過的紋波電流時將會在esr產生明顯的損耗而導致發熱。過度地發熱將明顯縮鋁電解電容的壽命。

2)考慮紋波電流時,鋁點解電容器的發熱是由於內部等效串聯電阻(esr)引起的,其產生的損耗為

其中和分別為紋波電流(a)和等效串聯電阻()由於發熱引起的溫公升為

其中分別為

電容器中心的溫公升(℃)

紋波電流(a)

電容器的表面積()

esr()

散熱係數(cm.℃)

電容器的溫度上公升與紋波電流的平方以及等效串聯電阻esr成正比,與電容器的表面積成反比,因此紋波電流的大小決定著產生熱量的大小,並且影響使用壽命。

電容器的型別以及使用條件影響的大小。紋波電流引起的溫公升測量是在鋁點解電容的頂端。

利用測試結果,並考慮環境溫度和紋波電流時候的壽命公式為:

其中,、、、、分別為實際使用壽命,直流工作電壓下的使用壽命,紋波電流係數,最高使用溫度,中心溫公升。

電容器工作在額定的紋波電流和上限溫度時,電容器的壽命可以通過轉化得到。

其中分別為工作在額定紋波電流和最高工作溫度下的壽命,最高工作溫度下的電容器中心容許溫公升。

由於直接測量電容器的內部溫公升存在困難,可以利用表面溫度和芯包溫度的換算關係。

以上的壽命推算公式,原則上適用於周圍環境溫度為+40℃到最高溫度的範圍內。

估算最大電壓在350v一下,或者尺寸在

等效串聯電阻

等效串聯電阻(esr)是乙個單一的電阻值,它代表了電容中所有的與電容相串聯的歐姆損耗。

esr的溫度特性

esr是隨溫度的增加而降低,從25℃到最低溫度限esr大約降低35%~50% .但是在最低溫度限時esr的增加超過10倍。對於額定溫度為-20℃或-40℃的電容,在-40℃時esr的增加超過100倍。

紋波電流

紋波電流是流進電容的交流電流。紋波電流使電容發熱,最大可允許的紋波電流決定於多大可被允許而且仍然能滿足電容的負載壽命指標。

太高的溫公升將使電容超過它的最大可允許管芯的溫度而很快損壞,但是工作於接近最大允許管芯溫度將大大縮短預期的壽命。

對於鋁電解電容工作於最大允許管芯溫度其負載壽命指標典型值是1000到15000小時。即6周到1.7年,對於大多數的應用這個時間都太短了。

紋波電流是由在額定溫度下期望的溫公升所決定的。通常額定溫度為85℃的電容允許的溫公升是10℃,最大允許管芯溫度是95℃.通常額定溫度為105℃的電容允許的溫公升是5℃,最大允許管芯溫度是110℃.

實際的最大允許管芯溫度隨型別和製造商的不同而變化。

紋波電流的溫度特性

對於工作溫度低於額定溫度時額定紋波電流會增加。在技術指標中顯示增加量。一般增加量取決於最大管芯溫度()額定環境溫度()和環境溫度():

紋波溫度增加量=

對於溫度低於60℃紋波電流高於額定紋波電流1.5倍期望紋波電流的增加量是冒險的。

高的紋波電流會使工作壽命小於預期壽命,因為隨著電容老化其esr增加對於相同的紋波電流發熱量會增加。這加速了磨損。

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