电解电容寿命设计步骤

电解电容寿命设计步骤本文主要是通过纹波电流的计算，然后通过电容的热等效模型来计算电容中心点的温度，在得到中心点温度后，也就是得到电容的工作点最高的问题后，通过电容的寿命估算公式来估算电容的设计寿命。首先，电容等效成电容、电阻（ESR）和电感（ESL）的串联。关于此请参考其他资料，接下来演示电容寿命计算步骤：1、纹波电流计算，纹波电流计算是得到电容功率损耗的一个重要参数，在设计电容时候，我们必须首先确定下来电流的纹波大小，这和设计规格和具体拓扑结构相关。铝电解电容常被用在整流模块后以平稳电压，我们在选择好具体拓扑结构后，根据规格要求得到最小的电容值：控制某一纹波电压所需的电容容值为：P:负载功率（单位W）注意：这是应用所需要的最小电容容值。此外，电容容值有误差，在工作寿命期内，容值会逐步降低，随着温度降低，容值也会降低。必须知道主线及负载侧的纹波电流数据。可以首先计算出电容的充电时间。fmain是电网电流的频率。电容的放电时间则为：充电电流的峰值为dU是纹波电压（Umax–Umin）则充电电流有效值：接下来计算放电电流峰值和有效值。最后计算得出：整流模块后纹波电流：这个有效值只是纹波电流的计算式，在复杂的市电输入的情况下，我们必须考虑各阶谐波的纹波有效值，也就是说要通过各阶谐波的有效值叠加，才是最后得到的电容纹波寿命计算的纹波，也就是需要将电流傅立叶分解。2、计算功率损耗在得到纹波电流后，我们可以计算各阶电流的纹波损耗，然后将各阶纹波求和：3、计算电容中心点温度得到功率损耗后，我们由电容的热等效模型（参考其他资料）计算中心点温度：其中：Th电容为电容中心点温度,为电容最高温度，其值直接影响到电容寿命，是电容寿命计算公式中的重要参数。Rth为电容的热阻，其值和风速等有关,Ta表示电容表面温度。PLoss为纹波电流的中损耗。4、计算电容寿命得到电解电容中心点最高温度后，我们可以计算电容的寿命，各个电容生产厂商会有不同的电容寿命的计算参数，也有不同的电容寿命修正值，现我们介绍阿列纽斯理论来计算电容寿命，其公式是说，电容工作没下降10度，其寿命增加一倍，反过来也就是电容温度升高10度，电容寿命减小一倍：Lop为电容工作寿命，即设计寿命Lo为电容在最大温度时的寿命Tmax为电容的最大工作温度，在电容的说明书上会有电容的最大温度值Th为电容的实际工作时候的温度，也即以上计算出来的电容中心点温度。以上Lo和Tmax都是电容产品规格书上的数据，Th我们已经计算出来，故可以得到电容的设计寿命。其中阿列纽斯理论是一个经验总结的理论，各个厂商可能有自己的寿命计算公式，可以向各个厂商咨询，在本栏目的电容设计中也有介绍各个知名厂商的电容寿命计算公式，各位可以参考。以上是电容寿命估算的一般步骤，当然，如果已经设计好了产品，我们还有一种方法来估计电容寿命，即已经有产品，我们来检验电容寿命设计是否合理，我们可以通过测试电容中心点温度的方法，然后通过电容的寿命计算公式来检验。电解电容寿命估算整理过一些电解电容寿命计算公式：電解電容壽命估算☺壽命估算(LifeExpectancy):電解電容在最高工作溫度下，可持續動作的時間。Lx=L0*2^(T0-Ta)/10Lx=實際工作壽命L0=保證壽命T0=最高工作溫度(850Cor1050C)Ta=電容器實際工作周圍溫度Example:規範值1050C/1000Hrs650C壽命推估Lx=1000*2(105-65)/10實際工作壽命:16000Hrs最简单的一种计算方法,也是温度加速常见的加倍理论.电容寿命计算方法：Lx＝L0（或者LR）*KT*KR1(或者KR2)*KvLx：电容预期寿命（你要的）；L0/LR:电容加速寿命，可以查阅电容规格书。（如果资料提供在最高温度下的数据（如2000小时），则用L0,后面对应KR1；如果资料提供最高温度、施加可允许最大文波电流下的数据，则用LR，后面对应KR2）KT:环境温度影响系数（每升高10度，寿命降低一半）KT等于2的（T0-Tx）/10次方（公式不好编辑，这样写大家应该能明白）T0:电容最高工作温度（85或105）Tx：电容实际工作温度KR1/KR2:纹波电流影响系数。KR1与L0对应，等于2的-T/5次方。T：纹波电流所引起的电容内部温升KR2与LR对应，等于2的（Tm-T）/5次方，Tm：施加最大电容允许文波电流所引起的电容内部温升（可以查到）；T：实际纹波电流所引起的电容内部温升。Kv：工作电压影响系数（对大多数电容，实际工作电压为额定电压的0.8，则Kv＝1）1、不同的电容公司给出不同地计算公式，不能一概而论。大多公司使用这个公式（主要是NCC），即使同一公司不同系列也可能会不一样。这只是一个通用公式2、频率主要影响到温升3、一般会有一个频率系数，与你应用电容的条件有关，比如高频的电容在100KHz的时候频率系数为1，BULK电容在120Hz的时候频率系数为1，一般在DATASHEET上会有，在算CAPLIFE和MTBF时会用到。其实基本上都是根据各个公司给的DATASHEET和计算公式代数值，举个RUBYCON的例子1086280494.pdf(不知此链接是否可打开,现为电源网)因暂时上传不方便，摘录部分RUBYCON电解电容寿命计算PDF文件里的内容LIFETMECALCULATIONFORMULAOFALUMINUMELECTROLYTICCAPACITORS1.LifetimeCalculationFormulaLx=Lb*2(Tmax-Ta)/10*2[ΔTjo/(10-0.25*ΔTjo)-ΔTj/(10-0.25*ΔTj)]L:Lifeexpectancyatthetimeofactualuse.Lb:BasiclifeatmaximumoperatingtemperatureTmax:MaximumoperatingtemperatureTa:ActualambienttemperatureTjo:Internaltemperaturerisewhenmaximumratedripplecurrentisapplied.USR,USC,USG:10°CVXP:3.5°COthertype:5°CTj:Internaltemperaturerisewhenactualripplecurrentisapplied.F:FrequencycoefficientIo:RatedripplecurrentatmaximumoperatingtemperatureI:Actualripplecurrent此公式在第一个公式的基础上增加了Tjo和Tj的影响。其实各不同的电容器公司的电容寿命计算公式是不一样的，像日本的这红宝石/蓝宝石RUBYCON/nichicon电容，都是不一样的，当然第一项最主要的还是温度，后面再加上的一个系数，有纹波电流的，等其它因素。有兴趣研究电解电容寿命公式的朋友可上电容器厂家的公司网站，或许可以找到某公司的寿命计算公式，当然国内部分小厂家的电解电容寿命，可能连他们自己都无法计算。locationtypeofcomponentToIoLrTxIxLxResultcode（℃）（mA）（Hr）（℃）（mA）（Year）（Hr）C43YXF10U/50V,rubycon105100500050.53.1333.55293900OKC20YXF100U/25V,rubycon105250500049.821.939.67347538OKC3YXF100U/100V,rubycon1054301000050.25.1460.92533641OKC2YXF100U/100V,rubycon1054301000049.85.1462.63548644OKC6YXG220U/100V,rubycon105905600051.51.4342.68373885OKC14YXG220U/100V,rubycon105905600050.61.4345.43397952OKC13GU1800U/80V,nichicon1051860300051.91.627.17238024OKC15GU1800U/80V,nichicon1051860300050.41.630.15264104OKC8GU1800U/80V,nichicon1051860300050.21.2930.57267791OKC6VZ470U/100V,nichicon105715100051.51.439.3181572NG