电容应用实践:从设计选型到寿命分析
时间:2017-04-12 15:18来源:ZLG致远电子
摘要:开关电源的寿命很大程度受到电解电容的制约,而电解电容的寿命取决于其内核温升。本文从纹波电流计算、纹波电流实测、电解电容选型、温度测试方法、寿命估算等方面,对电解电容作了全面的分析。
开关电源的寿命很大程度受到电解电容的制约,而电解电容的寿命取决于其内核温升。本文从纹波电流计算、纹波电流实测、电解电容选型、温度测试方法、寿命估算等方面,对电解电容作了全面的分析。
纹波电流产生的热量引起电容的内部温升,加速电解液的蒸发,当容值下降20%或损耗角增大为初始值的2~3倍时,预示着电解电容寿命的终结。通过检查电容器上的纹波电流,可预测电容器的寿命。本文以连续工作模式的反激变换器输出电容分析为例,重点从纹波电流角度全面分析电解电容的选型与寿命。
1、纹波电流计算
假设已知连续工作模式的反激变换器,其输出电流Io为1.25A,纹波率r为1.1,占空比D为0.62,开关频率为60kHz,由此可以计算次级纹波电流ΔIo和有效值电流Io.rms。
次级纹波电流ΔIo:
有效值电流Io.rms:
最终得到流过输出电容的纹波电流:
图1直观的显示了该电容的纹波电流波形:
图1 纹波电流波形
2、电解电容选型
由上述计算分析得到流过电容的纹波电流为1.72A,综合考虑体积和成本,选择了纹波电流为1.655A的电解电容。
该纹波电流需在电源开关频率下选择,如下图某厂家电容手册的纹波电流有频率因子,不同频率下的纹波电流不同。高频低阻电容均会给出100kHz下的纹波电流,本设计开关频率为60kHz,频率因子为0.96~1之间,在此取1即可。
图2 电容纹波电流频率因子
注:纹波电流还有一个温度系数,例如105℃电容,在85℃环境温度下,允许的最大纹波电流约为额定最大纹波电流的1.73倍,该参数一般不在电容手册中体现。
3、纹波电流实测
测试电解电容纹波电流时,需将电容引脚穿入电流探头中,通过示波器可读得交流有效值。本设计实例的纹波电流测试结果如图3所示,示波器读得有效纹波电流为1.64A,与理论设计接近。因此理论计算具有较大的工程指导意义。
图3 实测电容纹波电流
4、温度测试方法
测量容体表面温度Ts:需在电容器侧面的中间位置进行,如果由于外部影响导致电容器表面温度不均匀、不稳定,需综合测量电容器表面4个点的温度,再取平均值。
测量环境温度Tx:热电偶需放置在离铝壳表面20毫米左右处,如果空间不足,则保持最小10毫米距离,如果由于外部影响导致附近环境温度不均匀、不稳定,则需综合测量4个点以上的温度,再取平均值。
图4 环境温度与表面温度测量
5、电解电容寿命估算
本设计,选择的电解电容为-40~105℃、5000小时、1.655A纹波电流的高频低阻电解电容,最高实测环境温度Tx为80℃,壳体表面温度Ts为85℃。则其寿命估算如下步骤如下。
(1)估算实际内核温升:
其中:
△To为To时允许的内核温升,即额定纹波电流时的电容器芯子温升,此次选择的105℃电容△To为5℃,可查原厂或行业资料得到;
△Tx为实际内核温升;
Ix为实际纹波电流1.64A;
Io为额定纹波电流1.655A。
(2)估算电容寿命:
其中:
Lo为额定寿命5000小时;
To为最高额定工作环境温度105℃;
Tx为实际环境温度80℃。
当由于环境因素影响,Tx不易获得时,可用Ts替代,这可以进一步提供安全余量保证产品售寿命。
纹波电流产生的热量引起电容的内部温升,加速电解液的蒸发,当容值下降20%或损耗角增大为初始值的2~3倍时,预示着电解电容寿命的终结。通过检查电容器上的纹波电流,可预测电容器的寿命。本文以连续工作模式的反激变换器输出电容分析为例,重点从纹波电流角度全面分析电解电容的选型与寿命。
1、纹波电流计算
假设已知连续工作模式的反激变换器,其输出电流Io为1.25A,纹波率r为1.1,占空比D为0.62,开关频率为60kHz,由此可以计算次级纹波电流ΔIo和有效值电流Io.rms。
次级纹波电流ΔIo:
有效值电流Io.rms:
最终得到流过输出电容的纹波电流:
图1直观的显示了该电容的纹波电流波形:
图1 纹波电流波形
2、电解电容选型
由上述计算分析得到流过电容的纹波电流为1.72A,综合考虑体积和成本,选择了纹波电流为1.655A的电解电容。
该纹波电流需在电源开关频率下选择,如下图某厂家电容手册的纹波电流有频率因子,不同频率下的纹波电流不同。高频低阻电容均会给出100kHz下的纹波电流,本设计开关频率为60kHz,频率因子为0.96~1之间,在此取1即可。
图2 电容纹波电流频率因子
注:纹波电流还有一个温度系数,例如105℃电容,在85℃环境温度下,允许的最大纹波电流约为额定最大纹波电流的1.73倍,该参数一般不在电容手册中体现。
3、纹波电流实测
测试电解电容纹波电流时,需将电容引脚穿入电流探头中,通过示波器可读得交流有效值。本设计实例的纹波电流测试结果如图3所示,示波器读得有效纹波电流为1.64A,与理论设计接近。因此理论计算具有较大的工程指导意义。
图3 实测电容纹波电流
4、温度测试方法
测量容体表面温度Ts:需在电容器侧面的中间位置进行,如果由于外部影响导致电容器表面温度不均匀、不稳定,需综合测量电容器表面4个点的温度,再取平均值。
测量环境温度Tx:热电偶需放置在离铝壳表面20毫米左右处,如果空间不足,则保持最小10毫米距离,如果由于外部影响导致附近环境温度不均匀、不稳定,则需综合测量4个点以上的温度,再取平均值。
图4 环境温度与表面温度测量
5、电解电容寿命估算
本设计,选择的电解电容为-40~105℃、5000小时、1.655A纹波电流的高频低阻电解电容,最高实测环境温度Tx为80℃,壳体表面温度Ts为85℃。则其寿命估算如下步骤如下。
(1)估算实际内核温升:
其中:
△To为To时允许的内核温升,即额定纹波电流时的电容器芯子温升,此次选择的105℃电容△To为5℃,可查原厂或行业资料得到;
△Tx为实际内核温升;
Ix为实际纹波电流1.64A;
Io为额定纹波电流1.655A。
(2)估算电容寿命:
其中:
Lo为额定寿命5000小时;
To为最高额定工作环境温度105℃;
Tx为实际环境温度80℃。
当由于环境因素影响,Tx不易获得时,可用Ts替代,这可以进一步提供安全余量保证产品售寿命。
免责声明:本文若是转载新闻稿,转载此文目的是在于传递更多的信息,版权归原作者所有。文章所用文字、图片、视频等素材如涉及作品版权问题,请联系本网编辑予以删除。
我要投稿
近期活动
- 仪器使用操作视频教程时间:2023年12月31日 - 2024年01月31日[立即参与]
- 安森美汽车&能源基础设施白皮书下载时间:2023年04月03日 - 2023年11月30日[立即参与]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年08月01日 - 2023年08月31日[查看回顾]
- 【在线答题活动】PI 智能家居热门产品,带您领略科技智慧家庭时间:2023年06月15日 - 2023年07月15日[查看回顾]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年06月01日 - 2023年06月30日[查看回顾]
分类排行榜
- 汽车电子电源行业可靠性要求,你了解多少?
- 内置可编程模拟功能的新型 Renesas Synergy™ 低功耗 S1JA 微控制器
- Vishay 推出高集成度且符合 IrDA® 标准的红外收发器模块
- ROHM 发布全新车载升降压电源芯片组
- 艾迈斯半导体推出行业超薄的接近/颜色传感器模块,助力实现无边框智能手机设计
- 艾迈斯半导体与 Qualcomm Technologies 集中工程优势开发适用于手机 3D 应用的主动式立体视觉解决方案
- 维谛技术(Vertiv)同时亮相南北两大高端峰会,精彩亮点不容错过
- 缤特力推出全新商务系列耳机 助力解决开放式办公的噪音难题
- CISSOID 和泰科天润(GPT)达成战略合作协议,携手推动碳化硅功率器件的广泛应用
- 瑞萨电子推出 R-Car E3 SoC,为汽车大显示屏仪表盘带来高端3D 图形处理性能
编辑推荐
小型化和稳定性如何兼得?ROHM 推出超小型高输出线性 LED 驱动器 IC,为插座型 LED 驱动 IC 装上一颗强有力的 “心脏”
众所周知,LED的驱动IC担负着在输入电压不稳定的情况下,为LED提供恒定的电流,并控制恒定(可调)亮度的作用。无论是室内照明,还是车载应用,都肩负着极为重要的使命。
- 关于反激电源效率的一个疑问
时间:2022-07-12 浏览量:9673
- 面对热拔插阐述的瞬间大电流怎么解决
时间:2022-07-11 浏览量:8431
- PFC电路对N线进行电压采样的目的是什么
时间:2022-07-08 浏览量:9045
- RCD中的C对反激稳定性有何影响
时间:2022-07-07 浏览量:6843
- 36W单反激 传导7~10M 热机5分钟后超标 不知道哪里出了问题
时间:2022-07-07 浏览量:5582
- PFC电感计算
时间:2022-07-06 浏览量:3805
- 多相同步BUCK
时间:2010-10-03 浏览量:37795
- 大家来讨论 系列之二:开机浪涌电流究竟多大?
时间:2016-01-12 浏览量:43079
- 目前世界超NB的65W适配器
时间:2016-09-28 浏览量:59954
- 精讲双管正激电源
时间:2016-11-25 浏览量:127232
- 利用ANSYS Maxwell深入探究软磁体之----电感变压器
时间:2016-09-20 浏览量:107358
- 【文原创】认真的写了一篇基于SG3525的推挽,附有详细..
时间:2015-08-27 浏览量:99850