铝电解电容寿命计算

Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ2012年4月日本贵弥功株式会社香港嘉美工有限公司UC269071铝电解电容器寿命计算说明资料【目次】1.关于铝电解电容器的经时恶化2.铝电解电容器寿命计算公式3.纹波电流发热取得办法4.周围温度取得办法5.纹波电流计算办法6.寿命计算例7.参考资料（关于扑正系数）Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ关于铝电解电容器的经时恶化2Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ电解纸电解液阳极箔阴极箔电解质(Al2O3)RACADARKCKDKｋLKLA封口橡胶电解液在铝电解电容器的电气特性上起着至关重要的作用。铝电解电容器的等价回路3Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ温度特性的概念静电容量变化率（%）温度ESR（Ω）温度特性图表流动容易高低电解液的状态UPUP流动不容易箔厚100μm箔断面图蚀刻部扩大照片电解纸扩大图像DownDown离子电解纸纤维4Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ0.010.1110ESR(Ω)EMVH350ADA221MJA0S温度特性-15.0-10.0-5.00.05.010.015.0⊿Cap(%)0.010.11.010-30-101030507090110130温度（℃）5-50Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ寿命（特性恶化）的概念静电容量变化率（%）初期电解液沸腾电解液减少时间加快电解液减少ESR（Ω）电解电容器的断面图耐久性图表UP素子封口橡胶Down6Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ-7.5-5-2.502.5⊿Cap（%）EMVH350ADA221MJA0S耐久性0.11ESR（Ω）-50-40-30-20-10005001000150020002500电解液减少量（mg）（小时）２０℃，１００ｋＨｚ２０℃，１２０Ｈｚ条件；试验温度；１２５℃电压；额定电压7Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ0.010.1110ESR(Ω)EMVH350ADA221MJA0S温度特性-30.0-20.0-10.00.010.0⊿Cap(%)温度（℃）初期125℃2000Hrs后DownUp8-30-101030507090110130-50Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ铝电解电容器寿命计算公式9Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ寿命计算公式•A)DC负载保证品SMD(芯片型):全部系列RadialLead(引线式):SRM/SRE/KRE/SRA/KMA/SRG/KRG/SMQ/SMG/SME-BP/KME-BP/LLA•B)纹波电流负载保证品RadialLead(引线式):上述系列(A)以外Snap-In(揿扭接头式):全部系列ScrewMount(螺丝端子):电压315V以下•C)螺丝端子型(电压350V以上)这张资料里有A和B的说明关于A和B的寿命计算没有电压的影响。10Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ5102TTxTokLoLx铝电解电容器寿命计算的基本公式保证寿命（最大可能周围温度）最大可能周围温度实际使用周围温度(40℃以上）纹波电流发热温度推定寿命周围温度加速系数若是纹波电流负戴保证品此时由额定纹波电流发热温度减实际纹波电流发热温度552T11Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ105℃产品的寿命计算公式和125℃产品不一样–105℃以下的温度加速系数k；每10℃2倍–从105℃到125℃的温度加速系数k；每10℃1.7倍12Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ-25-20-15-10-5005,00010,00015,00020,00025,00030,00035,000⊿Cap(%)130℃105℃85℃关于温度加速系数GX６３v２２０uFφ１６x３１．５L耐久性试验2,000h/-4.9%7,000h/-5.1%30,000h/-5.2%每10℃1.7倍2.5√3.5=1.7每10℃2倍2√4.2=213Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ1.DC负载保证品51022TTxToLoLxLx(hrs):推定寿命Lo(hrs):最大温度时候,保证寿命Tx(℃):实际使用周围温度To(℃):最大可能周围温度⊿To(℃):额定纹波电流发热温度⊿T(℃):纹波电流发热温度2.纹波电流负载保证品51022TToTxToLoLx85℃,105℃产品的寿命计算式14Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ1.DC负载保证品（Tx≧105度）51012527.1TTxLoLxLx(hrs):推定寿命,Lo(hrs):最大温度时候,保证寿命Tx(℃):实际使用周围温度,⊿To(℃):额定纹波电流发热温度⊿T(℃):纹波电流发热温度,a:⊿T＞5…5,⊿T≦5…102.纹波电流负载保证品（Tx≧105度）aTToTxLoLx27.110125125℃产品的寿命计算式15Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ1.DC负载保证品（Tx105度）51010510105125227.1TTxLoLxLx(hrs):推定寿命,Lo(hrs):最大温度时候,保证寿命Tx(℃):实际使用周围温度,⊿To(℃):额定纹波电流发热温度⊿T(℃):纹波电流发热温度,a:⊿T＞5…5,⊿T≦5…102.纹波电流负载保证品（Tx105度）aTToTxLoLx227.11010510105125125℃产品的寿命计算式16Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ复合条件的寿命计算式Ｌ；复合条件的推定寿命Ａ；条件Ａ的比率，Ｌａ；条件Ａ的推定寿命Ｂ；条件Ｂ的比率，Ｌｂ；条件Ｂ的推定寿命17Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ纹波电流发热温度取得办法18Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ取得纹波电流发热方法1.单元中心温度测量2.表面温度测量3.纹波电流计算19Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ单元中心温度测量优点:比较准确缺点:需要额外工作样品只能在测量时使用ΔTx=单元中心温度–周围温度将热电偶插入电容器里面并把它密封起来20Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ表面温度测量优点:演算的结果较接近实际测量值缺点:仍然有额外工作设定测量ΔTx=(表面温度–周围温度)×系数α热电偶系数αΦD(mm)5-86.381012.516182225.4Factorα1.11.11.11.151.21.251.31.351.4ΦD(mm)3035405063.57689100Factorα1.51.651.751.92.22.52.83.121Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ根据纹波电流计算办法（推荐办法）优点:更加容易取得结果缺点:产品实际上是概略的估计ΔTx=(实际纹波电流/额定纹波电流)2×ΔTo∆To=5；125˚C和大多数105˚C电容器，螺丝端子型∆To=10；大多数85˚C电容器＊注意＊如果实际的频率和额定不一样，就额定的频率得变更为实际的频率。额定的频率；100kHz实际的频率；10kHz额定的纹波电流x频率补正系数22Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ注意!计算方法ΔTx=(实际纹波电流/额定纹波电流)2*ΔTo頻率係數可以使用溫度係數不可以使用ΔTx=[实际纹波电流/(额定纹电流*頻率系数)]2*ΔToΔTx=[实际纹波电流/额定纹波电流*温度系数]2＊ΔTo23Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ周围温度取得办法24Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ周围温度计算办法基于表面温度于实际纹波电流此时表面温度；实际测量值ΔTx=(实际纹波电流/额定纹波电流)2×ΔTo周围温度=表面温度-ΔTx/系数α系数αΦD(mm)5-86.381012.516182225.4Factorα1.11.11.11.151.21.251.31.351.4ΦD(mm)3035405063.57689100Factorα1.51.651.751.92.22.52.83.125Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ纹波电流计算办法26Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ•纹波电流波形把纹波电流波形划分为低频（a)&高频（b)成分如何读取纹波电流波形？（不带PFC电路情况）27Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ计算波形均方根值如何读取纹波电流波形？（不带PFC电路情况）28Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ当一个部分有不同的频率时，产生的纹波电流可以用以下方程式计算FL:低频部分的纹波电流系数FH：高频部分的纹波电流系数如何读取纹波电流波形？（不带PFC电路情况）29Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ纹波电流波形差重纹波电流峰值的位置如何读取纹波电流波形？（带PFC电路情况）30Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ您可以仅从高频部分来计算纹波电流如何读取纹波电流波形？（带PFC电路情况）31highI22221133TTITTIIhighＣｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ我们认为在纹波电流中有低频成分，低频部分中有大约20到30%的高频。请参照下表。结果为电源实测数据（5个不同机种）*我们将继续研究PFC电路的纹波电流。如何读取纹波电流波形？（带PFC电路情况）32Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ为您更好的研究纹波电流请取得实际的纹波电流用示波器测得实际的纹波电流（PFC用）。测量前必须进行校正。如何读取纹波电流波形？（带PFC电路情况）33Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ寿命计算例34Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ寿命计算例（单一条件）计算条件；•产品；EMVH350ADA221MJA0G•保证寿命；125℃2000hrs•额定纹波电流；296mArms/125℃,100kHz•使用温度；85℃•实际纹波电流；150mArms/1kHz•周围补正系数；100kHz1kHz…0.971.纹波发热的计算•频率补正296Arms/100kHzx0.97=287Arms/1kHz•发热计算(150/287)2x5=1.42.寿命计算=19,041Hrs54.1108510510105125227.12000Lx35Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ寿命计算例（复合条件）计算条件；•产品；EMVH350ADA221MJA0G•保证寿命；125℃2000hrs•额定纹波电流；296mArms/125℃,100kHz•条件Ａ；105℃，⊿T…5℃2,890hrs，每一天１个小时(4.2%)•条件Ｂ；85℃，⊿T…4.7℃12,051hrs，每一天３个小时(12.5%)•条件Ｃ；65℃，⊿T…3.5℃56,928hrs，每一天４个小时(16.7%）•条件D；40℃，⊿T…0℃523,146hrs，每一天１６个小时(66.6%）1.寿命计算1/L=0.042/2890+0.125/12050+0.167/56928+0.666/523,145L=34,350Hrs36Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ参考资料关于补正系数37Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ温度补正系数概念温度补正系数是最高使用温度以下情况下的纹波电流补正系数。在最高使用温度以下情况，可以加载额定纹波电流以上的电流。但纹波电流的发热会随着纹波电流值而变化。而且铝电解电容器的寿命会随着纹波电流发热而变化。注意一下！下边是温度补正系数的一例（请把关于各系列的温度补正系数询问我司）环境温度℃～8595105温度补正系数（实际纹波电流/额定纹波电流)1.731.411.00纹波电流发热℃1510538Ｃｏｎｆｉｄｅｎｔｉａｌ频率补正系数概念频率补正系数是额定频率以外频率情况下的纹波电流补正系数。纹波电流的ESR会随着频率而变化。高频率的ESR比低频率的ESR低。频率补正系数会补正到高频率跟低频率一样发热的纹波电流。即使使用补正后的纹波电流，也对寿命不会有影响。*因为频率补正系数根据系列不同，请看目录书。FrequencyESR39