[经验] 电容温度每上升10度寿命降低一半,是真的吗有没有理论依据?

ohahaha   2016-1-21 10:28 楼主
你是否知道或听说电解电容温度每上升10度其寿命就降低一半?这到底是为何有没有理论依据?
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:
1.1.png
控制某一纹波电压所需的电容容值为:
2.png
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。
3.png
fmain 是电网电流的频率。
电容的放电时间则为:
4.png
充电电流的峰值为
5.png
dU 是纹波电压( Umax – Umin )
则充电电流有效值:
6.png
接下来计算放电电流峰值和有效值
7.png
最后计算得出:整流模块后纹波电流:
8.png
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:
9.png
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:
10.png
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。
P Loss 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,电容工作每下降 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:
11.png
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。







回复评论 (2)

铝电解电容的寿命跟温度确实相关,但不能说“温度每上升10度寿命降低一半”,这是因为器件有个合适的工作温度范围,超出了,不论过高还是过低都影响寿命。正确计算寿命问题,需要获知电容内部的局部最高温度,这个在实践中是几乎不可能的,所以工程应用中要留取余量,一般取10度,高可靠设计取20度。在留取余量之后的正常温区内,温度变化不会影响电容寿命,向上超出时可以认为“温度每上升10度寿命降低一半”,其理论依据是电解液的干涸。对于固态铝电解电容和钽电解电容而言,温度余量留取可以放宽,按额定参数即可。
对于低温,电解液一旦结冰则电容报废,未结冰则不影响寿命。
上传了一些书籍资料,也许有你想要的:https://download.eeworld.com.cn/user/chunyang
点赞  2016-1-21 16:53
公式和理论似乎是这样的计算和推导
电解电容的可靠性相对来说要低很多,毕竟它需要电解液,有温度就要挥发。
不过电解电容与生产厂家水平确实有关,
国产电解超过红宝石铝电解电容有几家,,,,
点赞  2016-1-21 21:24
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