本文主要是通過(guò)紋波電流的計(jì)算,然后通過(guò)電容的熱等效模型來(lái)計(jì)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(wèn)題后,通過(guò)電容的壽命估算公式來(lái)估算電容的設(shè)計(jì)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(qǐng)參考其他資料,接下來(lái)演示電容壽命計(jì)算步驟:
1 、紋波電流計(jì)算,紋波電流計(jì)算是得到電容功率損耗的一個(gè)重要參數(shù),在設(shè)計(jì)電容時(shí)候,我們必須首先確定下來(lái)電流的紋波大小,這和設(shè)計(jì)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?cè)谶x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(huì)逐步降低,隨著溫度降低,容值也會(huì)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(jì)算出電容的充電時(shí)間。
fmain 是電網(wǎng)電流的頻率。
電容的放電時(shí)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(lái)計(jì)算放電電流峰值和有效值。
最后計(jì)算得出:整流模塊后紋波電流:
這個(gè)有效值只是紋波電流的計(jì)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(shuō)要通過(guò)各階諧波的有效值疊加,才是最后得到的電容紋波壽命計(jì)算的紋波,也就是需要將電流傅立葉分解。
2 、計(jì)算功率損耗
在得到紋波電流后,我們可以計(jì)算各階電流的紋波損耗,然后將各階紋波求和:
3 、計(jì)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(jì)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(jì)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(jì)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(jì)算電容的壽命,各個(gè)電容生產(chǎn)廠商會(huì)有不同的電容壽命的計(jì)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(lái)計(jì)算電容壽命,其公式是說(shuō),電容工作每下降 10 度,其壽命增加一倍,反過(guò)來(lái)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(jì)壽命
Lo 為電容在最大溫度時(shí)的壽命
Tmax 為電容的最大工作溫度,在電容的說(shuō)明書(shū)上會(huì)有電容的最大溫度值
Th 為電容的實(shí)際工作時(shí)候的溫度,也即以上計(jì)算出來(lái)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(shū)上的數(shù)據(jù), Th 我們已經(jīng)計(jì)算出來(lái),故可以得到電容的設(shè)計(jì)壽命。其中阿列紐斯理論是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)的理論,各個(gè)廠商可能有自己的壽命計(jì)算公式,可以向各個(gè)廠商咨詢,在本欄目的電容設(shè)計(jì)中也有介紹各個(gè)知名廠商的電容壽命計(jì)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(jì)好了產(chǎn)品,我們還有一種方法來(lái)估計(jì)電容壽命,即已經(jīng)有產(chǎn)品,我們來(lái)檢驗(yàn)電容壽命設(shè)計(jì)是否合理,我們可以通過(guò)測(cè)試電容中心點(diǎn)溫度的方法,然后通過(guò)電容的壽命計(jì)算公式來(lái)檢驗(yàn)。
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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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