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(diǎn)的溫度,在得到中心點(diǎn)溫度后,也就是得到電容的工作點(diǎn)最高的問題后,通過電容的壽命估算公式來估算電容的設(shè)計壽命。
首先,電容等效成電容、電阻( ESR )和電感( ESL )的串聯(lián)。關(guān)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(shù),在設(shè)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(shè)計規(guī)格和具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相關(guān)。鋁電解電容常被用在整流模塊后以平穩(wěn)電壓,我們在選擇好具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)后,根據(jù)規(guī)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(fù)載功率(單位 W )
注意:這是應(yīng)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(nèi),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(fù)載側(cè)的紋波電流數(shù)據(jù)。可以首先計算出電容的充電時間。
fmain 是電網(wǎng)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(fù)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(diǎn)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(diǎn)溫度:

Th 電容為電容中心點(diǎn)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(shù)。
Rth 為電容的熱阻,其值和風(fēng)速等有關(guān) ,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(diǎn)最高溫度后,我們可以計算電容的壽命,各個電容生產(chǎn)廠商會有不同的電容壽命的計算參數(shù),也有不同的電容壽命修正值,現(xiàn)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(shè)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(diǎn)溫度。
以上Lo 和 Tmax 都是電容產(chǎn)品規(guī)格書上的數(shù)據(jù), Th 我們已經(jīng)計算出來,故可以得到電容的設(shè)計壽命。其中阿列紐斯理論是一個經(jīng)驗總結(jié)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(shè)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(dāng)然,如果已經(jīng)設(shè)計好了產(chǎn)品,我們還有一種方法來估計電容壽命,即已經(jīng)有產(chǎn)品,我們來檢驗電容壽命設(shè)計是否合理,我們可以通過測試電容中心點(diǎn)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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原文標(biāo)題:電容溫度每上升10度壽命降低一半,有理論依據(jù)嗎?
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