Sunday,24/04/2022
概述：
电解电容器是直流电源的重要组成部分。它们在小批量封装中提供高电容 x 电压 (CV) 和低等效串联电阻 (ESR)。没有替代部件可以经济高效地完成这项工作。
这些电解电容器的使用寿命是电源中越来越重要的设计参数。功率密度需求不断增加，电解电容器是电源中唯一会磨损的组件。所以，设计中使用的电解电容类型决定了电源的使用寿命。它还决定了维护设备中最终应用的使用寿命或服务间隔。
拓扑和应用纹波电流、设计布局、电容器设计寿命、电容器额定温度和局部加热效应因产品而异。它们也可能在低压和高压输入条件下发生变化。
外部加热效应可能超过内部加热效应，尤其是在当今日益紧凑的设计中。实际使用寿命还取决于在应用中安装电源时可能发生的温升。终端设备的任务概况是另一个因素，它定义了设备生命周期内的平均工作温度和每天的使用小时数。
电解电容器设计人员在定义其产品的使用寿命时会考虑所有这些因素。让我们看看他们使用的计算。
电解电容器制造商规定了在最高额定环境温度下的设计寿命，通常为 105°C。这种设计寿命可以从低至 1,000 小时到 10,000 小时或更长不等。设计寿命越长，组件在给定应用和环境温度下的使用寿命就越长。
制造商提供计算以确定应用中的寿命。这些基于反应速率与温度相关的 Arrhenius 方程。这决定了温度每升高 10°C，反应速率就会增加一倍。这意味着温度每降低 10°C，使用寿命就会翻倍，因此额定温度为 105°C 时为 5,000 小时的电容器在 95°C 时的使用寿命为 10,000 小时，而在 85°C 时的使用寿命为 20,000 小时。
基本方程如下。该曲线绘制了使用寿命与环境温度的关系。
除了环境温度和局部加热效应外，施加的纹波电流还会进一步加热电容器芯。电源输入和输出级的开关和整流过程会产生纹波电流。这些会导致电解电容器内的功率耗散。
这些纹波电流的幅度和频率取决于使用的有源功率因数校正 (PFC) 中设计的拓扑结构。它们还取决于主转换器功率级，这两者都因设计而异。电容器内耗散的功率由 RMS 纹波电流和电容器 ESR 在应用频率下决定。
元件核心处的温升与功耗、元件封装的辐射系数以及核心到外壳的温差系数或斜率有关。这些值由组件制造商确定。
可施加到电容器的最大纹波电流通常在最高环境温度和 100/120 Hz 下指定。根据实际使用中的环境温度和所施加纹波电流的频率，可以应用乘法系数：ESR 随频率增加而降低。
如果正确部署，包含自己的冷却风扇的封闭式电源不太容易受到最终应用环境的影响。环境温度必须保持在规格范围内，并且必须有足够的冷却空间。
下表显示了在不同温度下设计寿命为 2,000 和 5,000 小时的电容器的估计使用寿命。将服务时间转换为服务年限时，它假定 24/7 运行。任务较少的设备（例如每天 8 到 10 小时，每周运行 5 天）的使用寿命会显着延长。
电源制造商应用设计降额规则以确保产品寿命足够长。
但是，一旦电源安装在终端设备中，这些规则不考虑任务配置文件、环境、安装方向、定位、周围空间、施加的负载以及系统冷却或通风布置。
电容器寿命，特别是在对流或自然冷却环境中，应根据具体安装进一步评估。测量所施加的纹波电流是不切实际的，但测量有效工作温度将公平地表明使用寿命。操作员可以测量外壳温度并将 Arrhenius 方程和任务配置文件应用于组件制造商指定的基础寿命。
下面的机械图标识了组件，曲线表明了基于两个电容器（C6 和 C23）的温度的电源的预期使用寿命。
许多电源数据表确定了决定产品使用寿命的关键组件。这包括那些需要终端设备提供外部冷却的设备和那些设计用于对流冷却应用的设备。这些信息以及有关应用运行环境的数据有助于系统设计人员在最终应用中更准确地确定电源的使用寿命。
