2022年铝电解电容的寿命计算 .pdf
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1、1 铝电解电容器的寿命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。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。一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/10Lo: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
2、度加速系数在此温度加速系数B若在最高使用温度以下的话,B=2进行计算, 10 的升温即等于约两倍的加速率。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。二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。另, 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
3、性质,额定电压以下的施加电压值的大小将影响其寿命。三纹波电流重叠时的寿命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*ILW: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 510倍,但仍然 IrIL,则 W= Ir2ESR。要求出内部发热和放热达到平衡的条件,则名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - -
4、 - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页,共 5 页 - - - - - - - - - 2 Ir2R= *A*T :放热常数A:外壳表面积( m2)A=/4D(D+4L) D:外壳的直径( m)L:外壳的长度( m)T:因纹波电流所上升的温度()那么,内部发热 T= Ir2ESR*A另外,纹波电流在120Hz的情况下发热可由( 7)式得出:T= Ir2ESR= Ir2 tanA AC (在这里ESR = tan)C tan:120Hz 时的损耗: 2 f(f 等于 120Hz)C :120Hz时的电容( F)ESR值是
5、根据温度的变化而变化,因此,要求出正确的T 必须实际测得热电偶的数值。顾及由纹波电流产生的内部发热和周围温度的影响, NIPPON-CHEMICON寿命推定式是 :a) 施加 DC 标称电压时的保证寿命为Lx=Lo 2 To-Tx 2 -T (贴片型)10 5 b) 允许纹波电流重叠时的保证寿命为Lx=Lr 2 To-Tx 2 T o-T (引线型、基板自立型)10 5 C)Lx=Lr 2 To-Tx 2 -2+(25-T)/b (螺丝端子型)10 Lr:在最高使用温度下标称纹波电流重叠时的保证寿命(hours)Lx:实际使用时的推测寿命(hours) To:产品的最高使用温度()Tx:实际使
6、用时的周围温度()T:纹波电流导致的芯子中心发热度()To:施加允许纹波电流时的芯子中心发热度()(最高使用温度 105系列的 T o=5)关于 TX(实际使用时的周围温度)的注意事项在温度加速试验中,确认10 2 倍准则的是 40最高使用温度的范围内,从市场退回的产品测定结果中可以看出,2025范围内可以用 102 倍准则进行研究, 但是应用中的环境条件大多不明确,因此40以下的话请当作40来进行寿命预测。关于 T(纹波电流导致芯子中心发热)的注意事项周围温度+ 纹波电流导致芯子中心发热的界限值名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - -
7、- - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页,共 5 页 - - - - - - - - - 3 各个温度下芯子中心发热的界限值的例子周围温度()40 55 65 85 105 T()30 30 25 15 5 即:最高使用温度为105系列处于最高使用温度105时纹波电流产生的热达到5的最高界限(合计 110) ,周围温度为 65时纹波电流产生的热最高为25(合计 90) ,这两种情况的寿命是相同的。要求得纹波电流自身发热的值,需用热电偶测出电容器芯子中心的温度和电容器周围的温度,两者之间的差即是纹波电流自身发热的值,这样求出的数值是最正确的。但是,由于在实际的机器中要
8、测出电容器内部的温度是非常困难的,因此先测定电容器外壳侧面的温度,在运用下记温度差系数来推定芯子中心部分的温度。不同外壳直径的温度差系数需要作出更准确的寿命推测的话,请使用实际测量值。另外,也可以用公式(12)算出纹波电流产生的自身发热值 T。最高使用温度、多数系列的 T0=5。至于其他系列请参照供应商资料。 T=(IX/I0)2 T0( 12)I0:最高使用温度下的被频率修正的额定纹波电流(Arms)IX:实际使用时的纹波电流(Arms)开关电源中铝电解电容器商用电源频率成分和switching 频率成分重叠时,其内部消耗电力如下式所示。W=I(f1)2ESR(f1)+ I(f2)2ESR(
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