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            電容溫度每上升10度壽命降低一半,有理論依據嗎?

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            電容溫度每上升10度壽命降低一半,有理論依據嗎?

            分類:
            電源技術
            作者:
            廣州市愛浦電子科技有限公司
            來源:
            原創
            發布時間:
            2020/04/17
            瀏覽量

            本文主要是通過紋波電流的計算,然后通過電容的熱等效模型來計算電容中心點的溫度,在得到中心點溫度后,也就是得到電容的工作點最高的問題后,通過電容的壽命估算公式來估算電容的設計壽命。
               首先,電容等效成電容、電阻( ESR )和電感( ESL )的串聯。關于此請參考其他資料,接下來演示電容壽命計算步驟:
             1 、紋波電流計算,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塊后以平穩電壓,我們在選擇好具體拓撲結構后,根據規格要求得到最小的電容值:
              
            控制某一紋波電壓所需的電容容值為:
              
            P: 負載功率(單位 W )
               注意:這是應用所需要的最小電容容值。此外,電容容值有誤差,在工作壽命期內,容值會逐步降低,隨著溫度降低,容值也會降低。
            必須知道主線及負載側的紋波電流數據??梢允紫扔嬎愠鲭娙莸某潆姇r間。
              
            fmain 是電網電流的頻率。
            電容的放電時間則為:
              
            充電電流的峰值為
              
            dU 是紋波電壓( Umax – Umin )
            則充電電流有效值:
              
            接下來計算放電電流峰值和有效值。
              
            最后計算得出:整流模塊后紋波電流:
              
            這個有效值只是紋波電流的計算式,在復雜的市電輸入的情況下,我們必須考慮各階諧波的紋波有效值,也就是說要通過各階諧波的有效值疊加,才是最后得到的電容紋波壽命計算的紋波,也就是需要將電流傅立葉分解。
            2 、計算功率損耗
               在得到紋波電流后,我們可以計算各階電流的紋波損耗,然后將各階紋波求和:
              
            3 、計算電容中心點溫度
               得到功率損耗后,我們由電容的熱等效模型(參考其他資料)計算中心點溫度:
            其中: 
            Th 電容為電容中心點溫度 , 為電容最高溫度,其值直接影響到電容壽命,是電容壽命計算公式中的重要參數。
            Rth 為電容的熱阻,其值和風速等有關 ,Ta 表示電容表面溫度。
            P Loss 為紋波電流的中損耗。
            4 、計算電容壽命
               得到電解電容中心點最高溫度后,我們可以計算電容的壽命,各個電容生產廠商會有不同的電容壽命的計算參數,也有不同的電容壽命修正值,現我們介紹阿列紐斯理論來計算電容壽命,其公式是說,電容工作每下降 10 度,其壽命增加一倍,反過來也就是電容溫度升高 10 度,電容壽命減小一倍:
              
            Lop 為電容工作壽命,即設計壽命
            Lo 為電容在最大溫度時的壽命
            Tmax 為電容的最大工作溫度,在電容的說明書上會有電容的最大溫度值
            Th 為電容的實際工作時候的溫度,也即以上計算出來的電容中心點溫度。
               以上Lo 和 Tmax 都是電容產品規格書上的數據, Th 我們已經計算出來,故可以得到電容的設計壽命。其中阿列紐斯理論是一個經驗總結的理論,各個廠商可能有自己的壽命計算公式,可以向各個廠商咨詢,在本欄目的電容設計中也有介紹各個知名廠商的電容壽命計算公式,各位可以參考。
               以上是電容壽命估算的一般步驟,當然,如果已經設計好了產品,我們還有一種方法來估計電容壽命,即已經有產品,我們來檢驗電容壽命設計是否合理,我們可以通過測試電容中心點溫度的方法,然后通過電容的壽命計算公式來檢驗。

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