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电容使用实践:从规划选型到寿数剖析

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

  开关电源的寿数很大程度遭到电解电容的限制,而电解电容的寿数取决于其内核温升。本文从纹波电流核算、纹波电流实测、电解电容选型、温度测验办法、寿数预算等方面,对电解电容作了全面的剖析。

  纹波电流发生的热量引起电容的内部温升,加快电解液的蒸腾,当容值下降20%或损耗角增大为初始值的2~3倍时,预示着电解电容寿数的完结。经过查看电容器上的纹波电流,可猜测电容器的寿数。本文以接连作业形式的反激变换器输出电容剖析为例,要点从纹波电流视点全面剖析电解电容的选型与寿数。

  1、纹波电流核算

  假定已知接连作业形式的反激变换器,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,由此能够核算次级纹波电流ΔIo和有用值电流Io.rms。

  次级纹波电流ΔIo:

  有用值电流Io.rms: 

  终究得到流过输出电容的纹波电流:

  图1直观的显现了该%&&&&&%的纹波电流波形:

    

  图1 纹波电流波形

  2、电解电容选型

  由上述核算剖析得到流过电容的纹波电流为1.72A,归纳考虑体积和本钱,挑选了纹波电流为1.655A的电解电容

  该纹波电流需在电源开关频率下挑选,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,本规划开关频率为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,答应的最大纹波电流约为额外最大纹波电流的1.73倍,该参数一般不在电容手册中表现。

  3、纹波电流实测

  测验电解电容纹波电流时,需将电容引脚穿入电流探头中,经过示波器可读得沟通有用值。本规划实例的纹波电流测验成果如图3所示,示波器读得有用纹波电流为1.64A,与理论规划挨近。因而理论核算具有较大的工程指导意义。

  图3 实测电容纹波电流

  4、温度测验办法

  丈量容体外表温度Ts:需在电容器旁边面的中心方位进行,假如因为外部影响导致电容器外表温度不均匀、不稳定,需归纳丈量电容器外表4个点的温度,再取平均值。

  丈量环境温度Tx:热电偶需放置在离铝壳外表20毫米左右处,假如空间缺乏,则坚持最小10毫米间隔,假如因为外部影响导致邻近环境温度不均匀、不稳定,则需归纳丈量4个点以上的温度,再取平均值。

  图4 环境温度与外表温度丈量

  5、电解电容寿数预算

  本规划,挑选的电解电容为-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℃,壳体外表温度Ts为85℃。则其寿数预算如下过程如下。

  (1)预算实践内核温升:

  其间:

  △To为To时答应的内核温升,即额外纹波电流时的电容器芯子温升,此次挑选的105℃电容△To为5℃,可查原厂或职业材料得到;

  △Tx为实践内核温升;

  Ix为实践纹波电流1.64A;

  Io为额外纹波电流1.655A。

  (2)预算%&&&&&%寿数:

  其间:

  Lo为额外寿数5000小时;

  To为最高额外作业环境温度105℃;

  Tx为实践环境温度80℃。

  当因为环境要素影响,Tx不易获得时,可用Ts代替,这能够进一步供给安全余量确保产品售寿数。

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