铝电解电容寿命计算

铝电解电容寿命计算

铝电解电容寿命很大程度上取决于环境因子与电性因子。环境因子包括温度，湿度，大气压力和振动。电性因子包括工作电压，纹波电流和充放电系数。温度因子(环境温度与由于纹波电流导致的内在加热)最能判断铝电解电容寿命。

评估铝电解电容寿命的通用公式：

非固态电解电容的寿命通常用环境温度系数、应用电压和纹波电流三个原理来体现。

按以下公式来计算：

Lx=Lo*Ktemp*Kvoltage*Kripple

Lx：电解电容的评估寿命

Lo：电解电容的寿命基数

Ktemp：环境温度加速系数

Kvoltage：电压加速系数

Kripple：纹波电流加速系数

Ktemp(环境温度系数)

由于铝电解电容本质上是一种电气化学的组件，温度增加会促进化学反应并产生气体扩散在电解电容内部，从而导致电容容量逐步减小及(损失角)和等效内阻逐步增大。

以下公式是通过实验得出，体现了温度加速度因子和电容老化的关系：

Lx=Lo*Ktemp=Lo*B(To-Tx)/10

Ktemp= B(To-Tx0)/1

Lx：电解电容的评估寿命

Lo：电解电容的寿命基数

To：电解电容最大额定温度(℃)

Tx：电解电容实际的环境温度

B：温度加速度因子(约等于2)

这个公式与阿列纽斯定律相似，阿列纽斯定律用来表述化学反应速率和温度之间的关系，并叫做铝电解电容的阿列纽斯定律。当环境温度在40℃到最大额定温度之间时，温度加速度因子约等于2。也就是说随着环境温度每增加10℃电容寿命将减半。当环境温度在20℃到40℃之间时，温度加速度因子接近2，其寿命将延长。但是工作条件与环境的变化，特别是工作条件与环境温度的互相变化。环境温度在这个范围内将发生很大的变化，因此寿命评估要在40℃以下，应该用40℃作为Tx。

Kvoltage(应用电压系数)

微小及大型号的铝电解电容应用较普遍，像贴片型、插件型、方块型在其寿命中有较小的电压效应。只要电容用于电压和温度的规格之内，其它因子像温度和纹波电流决定电容寿命与电压类似。因此Kvoltage=1用于這些額定電壓350V和更高用螺钉固定管脚类型的电容

Consequently, Kvoltage=1 is used for these capacitors. 350V and higher screw-mount terminal types of capacitors for customer-use power electronics applications allow the life time to extend by applying low voltage, relating to the characteristics of their aluminum oxide layer. RWE, RWY, RWL, RWF, LX(Screw-mount), LXA(Screw-mount) and LXR series are applicable to the method. For Kvoltage values of these products, please contact a representative of Nippon Chemi-Con.

Kripple (Effects of ripple current to life) : 纹波电流加速系数

鋁電解電容器比其它類型的電容器有更高的损失角，因此紋波電流會引起鋁電解電容器更高的內在熱量。為保証電解電容的壽命務必核對規格中的額定電流以。紋波電流流過電容器會產生熱量，導致溫度增加。紋波電流產生的內部熱量可以通過以下方式公式計算：

W：內部功率損耗

IRipple：紋波電流 (均方根值)

RESR：紋波頻率下的等效電阻

V：工作電壓

ILeakage current：泄漏电流

泄漏电流可能是在20℃時測試值的5~10倍，但是與紋波電流相比泄漏电流小的可以忽略。因此以上公式可以簡化成如下：

Aluminum electrolytic capacitors have higher than any other types of capacitors; therefore, the ripple current gives aluminum electrolytic capacitors higher internal heat. Be sure to check the rated ripple current which is specified in the catalog for assuring the life.
The ripple current through the capacitor produces heat by dissipating power from the capacitor. This leads to temperature increase. Internal heating produced by ripple currents can be expressed by:

Leakage current may be 5 to 10 times higher than the values measured at 20oC, but compared with lripple, The leakage current value is very small and negligible.
Thus, the above equation can be simplified:

以下公式體現了內部溫升，內部溫升的穩定的條件。

β:熱傳導常數

A：圆柱形管壳表面积

D：圆柱底面直徑

L：圆柱高度

ΔT：核心溫度增量

如以上公式所示，ΔT隨著紋波頻率而變化，頻率和溫度決定紋波頻率下的等效電阻，紋波電流決定β。

鋁電解電容器在其使用周期內將缓慢地增加損失角和等效阻抗。應用於無紋波電流的場合對電容器壽命無影響，盡管其等效阻抗在增大。換句話說紋波電流導致ΔT增加；此外ΔT增加引起等效阻抗增加，而等效阻抗隨後又導致ΔT增加。這是表連鎖反應。從理論上說，紋波電流加速度不能簡單地表示成環境溫度加速度。實際上紋波電流加速度可以近似的用ΔT最初的標準公式表示。以下表格給出了每個系列的電容器的紋波電流加速度。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/a7c2be0e844769eae009ed11.html