电容厂商如何估算出铝电解电容的寿命?

2020-07-09 20:24:57 admin 312

铝电解电容是有一定的寿命使用期限的。一般情况下,电容外标签都会标识电容厂商估算的寿命参考值。那么,这个值是怎么来的呢?

 

首先,我们要搞清楚铝电解电容的失效模式。

基本概念:失效:指的是零部件失去原有设计所规定的功能

失效机理:引起失效的物理、化学或其他的原因和过程。比如过载,腐蚀等失效模式:失效的形式,比如开路,短路,漏电等。


 

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从失效机理看,使用条件对于铝电解电容器的寿命有很大的影响。使用条件可分为环境条件和电条件:1、纹波电流 2、施加电压 3、环境温度 4、反向电压等等。

【寿命计算】

环境条件有温度、湿度、气压、震动等,其中温度对于寿命的影响是最大的。电条件有电压、纹波电流、充放电条件等。

 

1、周围温度和寿命

周围温度对寿命的影响体现在电容量的减少、损耗角正切值的增大,这些现象起因是电解液从封口部分向外部渐渐扩散。电性能的时间变化和周围温度之间的关系可得出下列公式。

Lx=Lo*BTo-Tx/10

Lo:在最高使用温度下,额定施加电压和额定纹波电流

重叠时的保证寿命(hours)

Lx:实际使用时的预计寿命(hours)

To:产品的最高使用温度(℃)

Tx:实际使用时的周围温度 (℃)

B:温度加速系数

 

根据上述公式,电解电容应用时,须考虑环境散热方式、散热强度、电容与热源的距离、电容的安装方式。

 

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如果我们在电容的电条件比较好的情况下,可以直接利用温度对电容寿命进行估算。

 

2.施加电压和寿命

用于绝大多数的机器中的贴片式(SMD)、引线式(radial)、基板自立式(snap-in)之电容器,使用条件在最高使用温度和额定电压值以下的情况时,施加的电压所产生的影响与周围温度的加速和纹波电流的加速所产生的影响相比可以忽略不计。

 

用于高功率电子仪器的螺丝端子式(screw)电容器中350VDC以上的高压品占主流,由于作为铝电解电容器导电体的氧化膜(Al2O3)的性质,额定电压以下的施加电压值的大小将影响其寿命。具体影响,在第三部分纹波电流的影响章节进行讲解。

 

3、纹波电流影响寿命

纹波电流计算是得到电容功率损耗的一个重要参数,在设计电路选择电容时候,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。在纹波电流的选择时,需要降额设计。

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由于铝电解电容器和其他的电容器相比损耗较大,因而纹波电流会导致内部发热。纹波电流产生的热又会使温度上升,所以对于产品寿命有很大影响。这样一来,需事先根据不同产品设定最大允许纹波电流值。外加纹波电流的发热度可由下面的计算式得出。

W=Ir2* ESR +V*IL

W:内部的消耗电力

Ir:纹波电流

ESR:内部电阻(等效串联电阻)

V:外加电压

IL:漏电流

在最高使用温度下,漏电流增加到20℃时的5~10倍,但仍然Ir≥IL,则W= Ir2·ESR。  要求出内部发热和放热达到平衡的条件,则

Ir2·R=β*A*ΔT

β:放热常数

A:外壳表面积(m2)

A=π/4·D(D+4L)

D:外壳的直径(m)

L:外壳的长度(m)

ΔT:因纹波电流所上升的温度(℃)

 

A、贴片型,部分引线型,DC电源的寿命估算:

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B、纹波电流加载:

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C、螺丝端子型

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D)导电高分子

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