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铝电解电容寿命计算

铝电解电容寿命计算

电源寿命是由元器件的最短寿命决定的,而一般情况下寿命最短的元器件可能就是铝电解电容。铝电解电容内部电解液逐渐蒸发会导致电容的所有特性随时间推移缓慢退化。而电容内部发热和周边发热元件影响会使这一过程加速。这一过程虽然缓慢,但它是必然会发生的,并最终决定了电容的寿命。

从电容数据手册上可知,一般额定的寿命(Lo)在2000~5000H,这个寿命是电容工作在最高额定温度(TR)下典型值为105℃,以低频电流(典型是120Hz)工作时得到的,电流有效值与其纹波电流额定值IR相等。

当纹波电流IR流过电容时,会在外壳与周围环境,外壳与电容核心之间产生一定的最优温升,且这两个温升经常是相同的。该最优温升对于105℃的电容为5℃,对于85℃的电容为10℃。所以,如果把一个105℃额定值的电容放在105℃环境中,并流过额定纹波电流IR,则其核心温度的准确值为115℃。换句话说,所谓的电容寿命LO,例如5000H,是指其核心温度保持在115℃时的寿命。

寿命加倍经验法则是:核心温度每降低10℃,寿命加倍。但是用户无法通过测量核心温度的方式准确估计寿命,所以用以下方程来估算寿命L。

L=LO*2^(TR-TAMB)/10*2^(△To-△Tx)/5);

Lo:电容额定寿命;

TR:电容额定工作温度;

TAMB:电容周围环境温度;

TCACE:电容外壳温度;

△To:外壳到核心之间的最优温升(105℃电容为5℃);

△Tx:实际外壳到核心的温升;

从上述方程上可知,周围环境温度每下降10℃,寿命加倍,若外壳到核心实际温度超过最优温升,则每超过最优值5℃,寿命减半。电容发热量和流过电容的电流有效值的平方成正比,那么实际温升可以用下面的方程估算:

△Tx=△To*(IA/IR)^2;

IA:实际有效值;

IR:额定有效值;

实际应用中,由于邻近元器件发热,上式中的TAMB可以用TCACE代替。这可在使用105℃电容时提供5℃的安全裕量。则实用方程为:

L=LO*2^(TR-TCASE)/10*2^(△To-△Tx)/5);

例:

470uF/16电容,规格书中规格最大额定电流为0.68A@105℃,最长寿命为2000H。实际点温测量壳温数据为55.3℃,测量的纹波电流为0.36A;

L= Lo*2^((105-55.3)/10)*2^((5-△Tx)/5);

△Tx=5*(0.36/0.68)^2=1.4℃;

L=2000*2^4.97*2^0.72≈103250(Hours)=11.786(Years); 

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