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电容温度每上升10度寿命降低一半,有理论依据吗?

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Technology

电容温度每上升10度寿命降低一半,有理论依据吗?

分类:
电源技术
作者:
广州市爱浦电子科技有限公司
来源:
原创
发布时间:
2020/06/10
浏览量

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。
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:
  
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。

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