电解电容的寿数剖析与核算-电子发烧友网

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概述

作为电子产品的重要部件电解电容,在开关电源中起着不可或缺的效果,它的运用寿数和作业状况与开关电源的寿数休戚相关。

在很多的生产实践与理论讨论中,当开关电源中电容发作损坏,特别是电解电容冒顶,电解液外溢时,电源厂家置疑电容质量有问题,而电容厂家说电源规划不妥,两边争执不下。

以下就电解电容的运用寿数和运用安全作些剖析,给电子工程师供给一些判别依据。

1 阿列纽斯

1.1 阿列纽斯方程

阿列纽斯方程是用来描绘化学物质反响速率随温度改变联系的经历公式。电解电容内部是由金属铝等和电解液等化学物质组成的,所以电解电容的寿数与阿列纽斯方程密切相关。

阿列纽斯方程公式: k=Ae-Ea/RT 或lnk=lnA Ea/RT

●K 化学反响速率

●R 为摩尔气体常量

●T 为热力学温度

●Ea 为表观活化能

●A 为频率因子

1.2 阿列纽斯定论

依据阿列纽斯方程可知,温度升高,化学反响速率(寿数耗费)增大,一般来说,环境温度每升高10℃,化学反响速率 将增大2-10 倍,即电容作业温度每升高10℃,电容寿数减小一倍,电容作业温度每下降10℃,其寿数增加一倍,所以,环境温度是影响电解电容寿数的重要因素。

2 电解电容运用寿数剖析

1)公式:

依据阿列纽斯方程定论可知,电解电容运用寿数核算公式如下:

●L 环境温度为T 时电解电容运用寿数(hour)

●L0 最大温度时电解电容的额外寿数

●T0 电解电容额外最高运用温度(deg℃)

●T 环境温度(deg℃)

●T0-T 温升(deg℃)

2)剖析:

依据公式可知

当电解电容作业温度在最高运用温度作业不时,由公式核算得到电解电容最小运用寿数为L=L0 20=L0即等于额外寿数,比方 8000小时,8000/8760=0.9年。

当电解电容作业温度低于最高运用温度10℃时,由公式核算得到电解电容运用寿数为L=L0 2[T0-,内部氧化膜分化时发热越凶猛,修补时电解液耗费越多。见图1

纹波电流越大引起的发热越大,所以纹波电流引起的发热在电解电容寿数核算中要考虑。

3.1 纹波电流核算

1)电容容量

2)充电时刻

3)放电时刻

4)充电电流

5)放电电流

6)纹波电流

3.2 功率损耗核算

3.3 电解电容发热公式

到达热平衡时容器中心温度T0 和环境温度T 的温升由散热方法(空气散热、容器散热)和耗散功率PD 决议,用热阻来描绘,热阻Rq ,单位(℃/W):

●△T 加纹波电流I 时电解电容本身发热(deg℃)

●I 实践作业纹波电流(A rms),

● 散热系数(W/℃ Cm2)

●S电解电容的表面积(cm2)

●R 电解电容等效阻抗(ESR )

3.4 组成纹波电流核算

由于实践电路中,纹波电流包括有各种频率波形的纹波电流,所以对实践电路纹波电流的核算应该由组成纹波电流Irms 得到:

3.5 额外作业温度

电解电容的职业规则,在额外温度T0下,加上答应额外纹波电流I 发生的最大发热△t 5 deg℃

因而实践纹波电流为Ir 时,电容器本身的发热是

●△t 为额外温度下加上额外纹波电流时电容器答应最大温升(deg℃)

●Ir 电容器额外纹波电流(Arms)

●I 为(核算的)实践作业纹波电流( Arms)

3.6 电解电容寿数核算

由上面的剖析可知,考虑纹波电流后的电解电容的寿数核算公式最终为:

●T0 为额外温度

● t 为额外温度时最大答应温升5℃

●T 为环境作业温度

● T 为T 温度时纹波电流发生的发热值

4 举例

一电容ED33uF/200V/105℃,额外寿数L0=8000 小时,答应纹波电流I=195mA/120Hz,在环境为55℃的110V/60Hz 电路中运用。

1.三角波

2.弦波

3.组成

4.发热

5.寿数

1)不考虑纹波电流的运用寿数

2)考虑纹波电流的实践运用寿数

5 定论

由上面比如核算可知,纹波电流对电解电容寿数的影响是非常大的,电路工程师在规划运用电解电容时,不但要考虑电容作业的环境温度,还要考虑电路纹波电流对电解电容寿数带来的影响,尽可能的延伸电解电容的运用寿数。

电路呈容性或强理性会影响到三极管等安全切换,使晶体管损耗加剧,发热增大,并在电解电容上叠加有很高的单尖锋纹波电流,充放电纹波电流变窄变高,最终使电解电容严峻发热直至损坏,表现为冒顶﹑冒汽﹑漏液或爆破。

尽量挑选质量好的电解电容,密封性能好的电容,切不可运用寿数折半的拆件电解电容。给电解电容一个安全的作业环境,合理的规划,才是处理电解电容冒顶﹑冒汽﹑漏液以延伸寿数的处理之道。

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