铝电解电容寿命的计算
每个厂商都有自己的计算方法,但都遵循一定的原则:
温度极大的影响铝电解电容内的电解液的扩散速度。根据 Arrhenius 的物理定律,温度每升高 10 度,电解液的扩散速度加倍;换句话说, 铝电解电容的寿命缩短一倍。
A physic law (According the Arrhenius law) teaches us that increasing the temperature 10 °C will double the diffusion of electrolyte. 为了便于计算和理解,将其分成三部分:
(1) 基本寿命 Lo :由外壳体积,热辐射性能,制造工艺等决定。最大环境温度及最大纹波电流下的寿命就是基本寿命。厂商都会提供或在产品说明书中注明。
(2) 环境温度函数 f(T) : 电解液的扩散 (3) 纹波电流函数 f(I) : ESR 引起的热损耗
后两者导致 铝电解电容核心温度上升,电解液的扩散速度加快。
根据 Arrhenius 定律: L 与 成反比, Tj : 电解电容的核心温度
热阻定律: ;
Ta: 电解电容周围的温度,即环境温度; Tc: 电解电容外壳的温度 因为 Ta 不易测出,但 Tc 很好测量;可以根据 Tc 算出 Ta
;
环境温度函数 f(T) :
2.2 以下均为个人观点,不能 100% 正确。
在厂商提供的数据中一般包含:后缀为 0 ,则认为是厂商提供的极限值 最高(环境)温度 Ta 0 : 一般选用 105 度的电解电容
最大环境温度下最大允许的纹波电流 Ip 0 , 它的 校正系数为 1 ; 120Hz 或 100kHz , 不同的厂家有不同的表示方法
校正系数 Correction coefficient :不同频率纹波电流之间的关系
在 Ta 0 和 Ip 0 条件下所产生的温升: D Tj 0 ; 本人认为是核心与外壳之间的温差,也可能是核心与 Ta 0 之间的温差
下表是 Rubycon BXA 系列电容 不同频率纹波电流之间的关系 series frequency correction factor table Frequency [ Hz ]
120
0.50 定义为
Correction coefficient
CLF
1k 10k 100k =<
1.00 定义为
0.8 0.9
CHF
注意:有的厂家定义 120Hz 时校正系数为 1 ,有的厂家定义 100kHz 时校正系数为 1 。
大多数情况下电容上会流过多种频率的纹波电流,需要计算平均电流,利用傅立叶分析,将纹波电流
划分为低频和高频两部分。同时注意,不同频率时 ESR 不同。
从功耗角度来考虑不同频率纹波电流之间的相互转换。功耗引起的发热是影响电容寿命的根本原因。若只有一种频率的纹波电流流过电容,而不同频率时 ESR 不同,所以
一般认为 纹波电流主要包含两部分:低频 120 Hz 和高频 100k Hz ( 个人观点 )
若有兴趣,可以用 excel 做成一个合适的文件,一劳永逸。