電容廠商如何估算出鋁電解電容的壽命?

2020-06-10 14:08:42 admin 807

鋁電解電容是有一定的壽命使用期限的。一般情況下,電容外標籤都會標識電容廠商估算的壽命參考值。那麼,這個值是怎麼來的呢?

 

首先,我們要搞清楚鋁電解電容的失效模式。

基本概念:失效:指的是零部件失去原有設計所規定的功能

失效機理:引起失效的物理、化學或其他的原因和過程。比如超載,腐蝕等失效模式:失效的形式,比如開路,短路,漏電等。

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從失效機理看,使用條件對於鋁電解電容器的壽命有很大的影響。使用條件可分為環境條件和電條件:1、紋波電流 2、施加電壓 3、環境溫度 4、反向電壓等等。

 

【壽命計算】

環境條件有溫度、濕度、氣壓、震動等,其中溫度對於壽命的影響是最大的。電條件有電壓、紋波電流、充放電條件等。

 

1、周圍溫度和壽命

周圍溫度對壽命的影響體現在電容量的減少、損耗角正切值的增大,這些現象起因是電解液從封口部分向外部漸漸擴散。電性能的時間變化和周圍溫度之間的關係可得出下列公式。

Lx=Lo*BTo-Tx/10

Lo:在最高使用溫度下,額定施加電壓和額定紋波電流

重疊時的保證壽命(hours)

Lx:實際使用時的預計壽命(hours)

To:產品的最高使用溫度(℃)

Tx:實際使用時的周圍溫度 (℃)

B:溫度加速係數

 

根據上述公式,電解電容應用時,須考慮環境散熱方式、散熱強度、電容與熱源的距離、電容的安裝方式。

 

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如果我們在電容的電條件比較好的情況下,可以直接利用溫度對電容壽命進行估算。

 

2.施加電壓和壽命

用於絕大多數的機器中的貼片式(SMD)、引線式(radial)、基板自立式(snap-in)之電容器,使用條件在最高使用溫度和額定電壓值以下的情況時,施加的電壓所產生的影響與周圍溫度的加速和紋波電流的加速所產生的影響相比可以忽略不計。

 

用於高功率電子儀器的螺絲端子式(screw)電容器中350VDC以上的高壓品占主流,由於作為鋁電解電容器導電體的氧化膜(Al2O3)的性質,額定電壓以下的施加電壓值的大小將影響其壽命。具體影響,在第三部分紋波電流的影響章節進行講解。

 

3、紋波電流影響壽命

紋波電流計算是得到電容功率損耗的一個重要參數,在設計電路選擇電容時候,我們必須首先確定下來電流的紋波大小,這和設計規格和具體拓撲結構相關。鋁電解電容常被用在整流模組後以平穩電壓,我們在選擇好具體拓撲結構後,根據規格要求得到最小的電容值。在紋波電流的選擇時,需要降額設計。

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由於鋁電解電容器和其他的電容器相比損耗較大,因而紋波電流會導致內部發熱。紋波電流產生的熱又會使溫度上升,所以對於產品壽命有很大影響。這樣一來,需事先根據不同產品設定最大允許紋波電流值。外加紋波電流的發熱度可由下麵的計算式得出。

W=Ir2* ESR +V*IL

W:內部的消耗電力

Ir:紋波電流

ESR:內部電阻(等效串聯電阻)

V:外加電壓

IL:漏電流

在最高使用溫度下,漏電流增加到20℃時的5~10倍,但仍然Ir≥IL,則W= Ir2·ESR。  要求出內部發熱和放熱達到平衡的條件,則

Ir2·R=β*A*ΔT

β:放熱常數

A:外殼表面積(m2)

A=π/4·D(D+4L)

D:外殼的直徑(m)

L:外殼的長度(m)

ΔT:因紋波電流所上升的溫度(℃)

 

A、貼片型,部分引線型,DC電源的壽命估算:

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B、紋波電流加載:

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C、螺絲端子型

 

D)導電高分子

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