铝电解纹波电流和频率的关系
电解电容纹波的测试,计算及判定_ 应用报告
一、前言：铝电解电容的工作状态及工作环境,是影响其寿命的主要因素。
在众多因素中，又以环境温度的高低和 Ripple Current 纹波电流的大小对电容寿命的影响最大。
所以在实际使用中，电解电容Ripple Current有否超规格，电解电容工作温度有否超标准值，是影响电容失效爆浆的最主要原因，特别是在整机测试未对电解电容寿命进行估算计算的情况下，电解电容Ripple Current 的测试，计算及判定，尤为重要。
二、标准测试:1、一次侧Bulk Cap.纹波电流说明：一次侧Bulk Cap.纹波电流通常由基本频率(低频率)和高频(开关频率)电流构成，因此在计算时，要通过合成公式，利用频率系数计算出其在指定频率下的合成有效值。
(如图1所示) R/C(Ripple Current) = Lowf(Low Freq.Current) +Hif(High Freq. Current)一次侧Bulk Cap.是指：一次侧主电解电容；Lowf 是指：低频纹波电流有效值； Hif 是指：高频纹波电流有效值。
图(1)2、二次侧Filter Cap.纹波电流说明：二次侧Filer Cap.纹波电流通常由高频电流构成。
R/C(Ripple Current) = Hif(High Freq. Current) 二次侧Filter Cap.是指二次侧滤波电解电容。
3、温度机种名称： 机种编号： 机种类别： 电路拓扑：输出规格：编写单位：应用类别：材料应用受控日期：201 年 月 日应用编号：AR500XbcEedDFf P应用描述： 电解电容纹波电流的测试，计算及判定Temperature Meas. = Cap. Case 实测值.-----------此处指电容壳温。
三、計算公式 :1、一次侧Bulk Cap.纹波计算：R/C Stress(Ripple Current Stress) = ()()TFHifFLowf222/1/+R/C Stress：纹波电流计算压力值，F1=低频时的纹波系数(120Hz)，T= 纹波温度系数，F2=高频时的纹波系数(>10KHz)；2、二次侧Filter Cap.纹波计算:R/C Stress(Ripple Current Stress) = ()TF Hif2/F2 =高频时的纹波系数(>10KHz)，T = 纹波温度系数；R/C Stress：纹波电流计算压力值。
铝电解电容的漏电流、纹波和寿命
图 漏电流的时间特性
图 漏电流的温度特性
图 漏电流的正向电压特性
如上图漏电流的时间特性所示，在施加正向电压的最初数分钟的时间内会出现一个很大的漏电流（称为 涌入电流 inrush current 。电容器如长期未施加电压后这一现象就更明显）。随着工作时间的延续，此漏电 流将衰减到一个很小的“稳定状态”值。漏电流的温度特性见中间一图所示，一般地随着温度的升高漏电 流将会变得越来越大。漏电流的温度特性见右边一图所示，一般地随着温度的升高漏电流将会变得越来越 大。 Aluminum Electrolytic Capacitors
3 、 自寿命（ Shelf Life ）及负载寿命 (Load Life)
3.1 自寿命（ Shelf Life ）
当电解电容在不充电状态下长期放置之后，漏电流及 ESR 将会逐渐增大，而容量会逐渐衰减。然而常 温条件下普通电容两年左右的存储以及低漏电流电容约半年的存存储都不会令这些参数有太大的恶化。故 一般情况下这些特性都不会在实际应用中带来麻烦。
这些计算方法将得到额定电压 UR 及 20 ° C 条件时的漏电量数值。对于其它温度和电压条件下则应 该进行一些乘积运算，具体情况当根据规格数提供的方法进行折算。例如 DIN 41 240 and DIN 41 332 规定 对其它温度条件的换算作了如下乘积运算： 温度 ( ° C) 乘积因子 （典 0 ． 5 型值） 1 4 5 6 10 12 ． 5
2.1 纹波定义及其与寿命关系：
纹波电流在这里指的是流经电容器的交流电流的 RMS 值，其在电容电压上的表现为脉动或纹波电压。 电容器最大允许纹波电流受环境温度、电容器表面温度（及散热面积）、损耗角度（或 ESR ）以及交流 频率参数的限制。温度是电解电容器件寿命的决定性因素，因此由纹波产生的热损耗将成为电容寿命的一 个关键参考因数。
铝电解电容器耐纹波电流的探讨
3 结语
随着电子设备的进一步发展 对其所使用的铝电解电容器 的耐纹波电流能力的要求将会越来越高 因此我们必须不断开 发出适应于这些电子设备要求的电容器 另外 对于铝电解电 容器的纹波电流能力的确定 目前国内有的厂家盲从于日本同 行 并未完全建立起自己一套完整的测试 确定方法 因此在 这方面也应进一步完善
中心/表面 1.1
1.2 1.3 1.4 1.6 1.65 1.75 1.9 2.2 2.45 2.65 3.10
在测试过程中 先施加较小的纹波电流 当电容器到达热 平衡后 测出 或推算 电容器中心温升 如未到达电容器容 许最高温升 5 或 10 再加大纹波电流直至热平衡后电容 器芯包中心温升达到 5 或 10 则此时所施加的纹波电流我 们即认为是电容器的最大耐纹波电流 在设计过程中 由于电 容器所选用的铝箔 电解纸等材料的性能参数均有一定的离散 范围 从而使得电容器实际的 tgδ 或 Res 值 会有所差异 为 了保险起见 纹波电流的确定都留有一定的设计余量 一般取 电容器最大耐纹波电流的 70%~80%作为电容器样本所标注的 额定纹波电流
器底部接触 当电容器工作时 芯包所产生的热量直接通过负
极箔传至外壳 大大提高了电容器的散热效率 从而达到提高
其耐纹波电流的能力
限度 具体参数见表 3
表 3 环境温度与纹波电流允许温升
环境温度 / 芯包最高温升 / 芯包中心温度 /
40
55
65
85 105
30
30
25
15
5
70
85
90
100 110
基于这些原则 我们便可通过对电容器芯包中心温度的
的体积大小 以及芯包 电解纸 铝壳等原辅材料的导热系数
电解温度与纹波电流的关系
电解温度与纹波电流的关系电解温度与纹波电流之间存在一定的关系。
纹波电流是指在电解过程中，由于电流的不稳定性或非理想条件造成的电流的波动现象。
纹波电流会导致电解产物的质量和纯度下降，因此在电解过程中需要尽量减小纹波电流的幅度。
电解温度对纹波电流的影响主要表现为两个方面：1. 电解温度对电解产物的扩散速度有影响，而扩散速度是纹波电流的主要形成原因之一。
一般来说，随着电解温度的升高，电解产物的扩散速度也会增加，从而导致纹波电流的幅度增大。
2. 电解温度对溶液电导率的影响也会间接地影响纹波电流。
一般来说，随着电解温度的升高，溶液的电导率也会增加。
而电解溶液的电导率与纹波电流的幅度有一定的关系，电导率越大，纹波电流的幅度越小。
综上所述，电解温度与纹波电流之间存在一定的关系，温度的升高会导致纹波电流的幅度增大。
因此，在电解过程中需要适当控制电解温度，以减小纹波电流的影响。
电解温度对纹波电流的影响还涉及到电解溶液的粘度和电化学反应速率。
1. 在电解过程中，电解溶液的粘度会随着温度的升高而降低。
较低的粘度可以减少电流通过电解溶液时的阻力，从而减小纹波电流的幅度。
2. 另外，电解温度也会直接影响到电化学反应的速率。
通常情况下，随着温度的升高，电化学反应的速率也会增加，导致电解产物的生成速度加快。
这种加快反应速率可以减小纹波电流的幅度，因为更快的反应速率会使得电解过程更加稳定，减少了不稳定电流的产生。
需要注意的是，尽管电解温度可对纹波电流产生一定的影响，但纹波电流的幅度还受到其他因素的影响，如电解电压、电极材料、电解槽的设计等。
因此，为了减小纹波电流的幅度，需要综合考虑和优化这些因素。
电解电容纹波电流与频率
电解电容纹波电流与频率电解电容纹波电流与频率1. 引言电解电容器是一种常见的电子元件，用于存储电荷和平滑直流电源中的纹波电压。
在实际应用中，了解电解电容纹波电流与频率之间的关系对优化电路设计和避免电解电容器过载起着重要作用。
本文将探讨电解电容纹波电流与频率之间的关系，并提供一些个人观点和理解。
2. 电解电容器的工作原理电解电容器是由两个电极和介质电解质组成的。
当电解质中通过电流时，电极会发生电化学反应，形成电化学界面，从而使电容器具备存储电荷的能力。
在直流电路中，电解电容器可以平滑纹波电压，通过吸收纹波电流并在需要时释放。
但是，电解电容器也存在一定的限制，包括容量、电压和频率等方面。
3. 电解电容纹波电流的定义与计算电解电容纹波电流是指电容器上产生的交流电流，通常由交流电源中的纹波电压引起。
纹波电流是由电容器对纹波电压变化的响应造成的，其幅度取决于电容器的性能和频率。
计算纹波电流的方法包括根据电容器的容量值和纹波电压的频率进行计算，或者通过实验测量获得。
4. 纹波电流与频率之间的关系纹波电流与频率之间存在着一定的关系。
当频率增加时，纹波电流的幅度往往会增加，因为电容器需要更快地对纹波电压变化做出响应。
而对于相同幅度的纹波电压，频率越低，纹波电流越小。
这是因为频率较低时，电容器有更多的时间来响应纹波电压的变化，从而限制了纹波电流的大小。
5. 影响纹波电流的因素除了频率之外，纹波电流还受到其他因素的影响。
首先是电容器的容量值。
较大的容量值可以存储更多的电荷，从而降低纹波电流的大小。
其次是电解电容器的串联等效电阻。
电解电容器具有一定的等效电阻，会导致纹波电流的增加。
电解电容器的工作温度和负载电流也会对纹波电流产生影响。
6. 个人观点和理解在我看来，电解电容纹波电流与频率之间的关系是一种动态平衡。
在不同频率下，纹波电流的幅度会发生变化，这取决于电容器对纹波电压变化的响应速度。
对于高频率的纹波电压，电容器需要更快地对其进行响应，因此纹波电流的幅度较大。
铝电解电容器耐纹波电流探讨
1 影响铝电解电容器耐纹波电流的因素及解决对策
1.1 电容器阳极箔与阴极箔的选择 铝电解电容器的实际容量是由阳极容量 Ca 与阴极容
量 Cc 复合而成 因此 其工作在具有脉冲成分的电路时 基本原理图可用图 1 表示 根据永田伊佐也的 铝箔乾式電 解電容器 一书所推出的公式 要求铝电解电容器的纹波电 流必须满足下列条件
2 电容器耐纹波电流能力的测量和确定
由于电容器产生发热损坏的纹波电流临界值无法用一般
的公式计算来确定 因此一般都是经过大量的实验来确定电
容器耐纹波电流值 目前国外大公司对电容器在额定工作温
度下工作的纹波电流的确定 一般均遵循 5 原则 即电容器
工作于额定最高温度下 如 85 105 由纹波电流所引起
漏电流的增大和电容器的发热可造成电容器本身的恶性循
环 因此要尽量降低电容器的漏电流 以防隐患的发生 正 常工作时 发热的主要原因是自身损耗发热 电解电容器在
交流电路或脉动电路中工作时 其交流电压的峰值 不允许
超过规定的峰值电压值 其值可按下式近似计算出来
UP 5.65 tS 壳 / fC tgδ 1/2
关键词：开关电源 铝电解电容器 纹波电流 电容器温升
中图分类号:TM53
文献标识码:A
文章编号:1001-2028 2001 05-0006-02
电容器用于电路中 主要是作为整流滤波元件 直流电 源退耦元件以及音频电路中作旁路 耦合元件 正常工作时 均有一个共同点 都会受到不同频率的脉冲电压的冲击 尤 其目前开关电源广泛地使用于 PC 机 邮电通讯和各种视听电 子设备中 为抑制开关电源所产生的噪声和高次谐波对市电 造成污染 在开关电源输入和输出回路中均采用耐大纹波电 流冲击的铝电解电容器进行滤波 随着开关电源技术的发展 铝电解电容器将面临更为严酷的使用环境 尤其是高频脉动 电流的冲击和电容器工作温度的升高 这里介绍笔者就如何 提高铝电解电容器耐纹波电流的能力 纹波电流的测试及其 额定值的确定进行的一些探讨
铝电解电容使用频率
铝电解电容使用频率铝电解电容是一种常见的电子元件，被广泛应用于电子设备中。
它具有很多优点，其中之一就是可以在高频率下工作。
本文将探讨铝电解电容使用频率的相关内容。
我们需要了解什么是铝电解电容。
铝电解电容是一种电容器，它由两个电极之间的电解质组成。
其中一个电极是铝箔，另一个电极是导电液体。
当电压施加到电容器上时，导电液体中的离子会在两个电极之间移动，从而形成电流。
铝电解电容的特点之一是它可以在高频率下工作，这使得它成为许多电子设备中的理想选择。
铝电解电容的高频率工作能力与其内部结构密切相关。
在铝电解电容中，两个电极之间的电解质起到了关键作用。
电解质的选择和处理可以影响电容器的工作频率范围。
通常，电解质中溶解的离子越多，电容器的工作频率范围就越宽。
此外，铝电解电容的电极材料也会影响其高频性能。
铝箔作为电极材料，具有良好的导电性能和较低的电阻，使得电容器能够在高频率下工作。
除了内部结构的影响，外部电路也会对铝电解电容的高频性能产生影响。
在实际应用中，铝电解电容通常与其他电子元件一起使用，例如电感、电阻等。
这些元件的选择和连接方式都会对电容器的工作频率范围产生影响。
通过合理的电路设计，可以提高铝电解电容的高频性能。
铝电解电容的高频性能使得它在许多领域得到广泛应用。
例如，在通信设备中，铝电解电容可以用于滤波和耦合应用。
在音频设备中，铝电解电容可以用于电源滤波和耦合电路。
此外，铝电解电容还可以用于电源管理、电子变频器、计算机主板等领域。
然而，铝电解电容也存在一些局限性。
与其他类型的电容器相比，铝电解电容的容量相对较小。
此外，铝电解电容的使用寿命较短，通常在几千小时到几万小时之间。
因此，在设计电子设备时，需要仔细考虑铝电解电容的使用条件和寿命。
总的来说，铝电解电容是一种能够在高频率下工作的电子元件。
它的高频性能与内部结构、外部电路以及工作条件密切相关。
合理的电路设计和使用条件可以提高铝电解电容的高频性能。
铝电解电容的高频性能使得它在通信设备、音频设备、电源管理等领域得到广泛应用。
铝电解寿命推算方法
许温升
二、 温升测试法
通过测试电容器中心或表面温升来推算产品 寿命。具体公式如下：
LX=L0·2（T1-T2）/10 ·KV
0.6W.V.≤V’≤ W.V. 2：实际使用时中心温度 L0：额定使用寿命 LX：推算使用寿命
则电容器底部温升=（65-50）=15 ℃， 电容器中心温升=15*1.6=24 ℃， 因此就能推算出电容器中心温度=50+24=74 ℃， 用一个公式表示即为： 电容器中心温度=环境温度+表面温升*系数
=50+15*1.6 =50+24 =74 ℃
图二
三、两种方法相互推导
我们设定L0：电容器在额定条件下的寿命 LX：电容器实际使用寿命 T1：电容器中中心允许承受的最高温度
又因为电容器的发热温升与纹波电流有如下 关系：
ΔT=ΔT0（I/I0）2
其中： I：额定纹波电流(同频率) I0：实际 纹波电流(同频率)
代入上式
=L1·2（T0- T）/10 ·2（ΔT0-ΔT0（I/I0）2）/10·KV =L1·2（T0- T）/10 ·2（1-（I/I0）2）ΔT0/10·KV
• LX=L0·KT·KV·KR • 其中LX：电容器推算的使用寿命 • L0：电容器在额定条件下的寿命 • KT：电容器温度系数 • KV：电容器电压系数 • KR：电容器纹波电流系数
• KT 铝电解电容器的使用遵循10℃原则，
即使用温度每降低10℃，寿命延长一倍。 KT的计算如下：
• KT=2（T0-T）/10 • 其中T0：额定温度 • T：电容器实际工作温度
1、中心温升测试法 对电容器施加直流和纹波电压，电容器
处于工作状态，利用热电偶温度计直接插入 电容器芯包卷绕针孔内测中心最高温度。 （见示意图一）
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铝电解电容纹波电流和频率的关系
电容器所能耐受纹波电流/电压值。
它们和ESR 之间的关系密切，可以用下面的式子表示：
Urms = Irms ×R
式中，Urms 表示纹波电压
Irms 表示纹波电流
R 表示电容的ESR
由上可见，当纹波电流增大的时候，即使在ESR 保持不变的情况下，纹波电压也会成倍提高。
换言之，当纹波电压增大时，纹波电流也随之增大。
叠加入纹波电流后，由于电容内部的等效串连电阻（ESR）引起发热，从而影响到电容器的使用寿命。
铝电解电容器的等效是容量和串联等效电阻，是随频率的增高而减少，近似成反比例变化。
这主要是因为构成铝电解电容器的阳极氧化膜的等效串联电阻在低频段大，随着频率增加与频率成反比例减少，电容量也与频率成反比例减少。
根据上面的公式：在纹波电压U一定的情况下，R随着频率增加而降低，则纹波电流I增大。
所以一般情况下，纹波电流与频率成正比，低频时纹波电流也比较低。
温度是电解电容器件寿命的决定性因素之一。
在高频率下，每秒对电解电容充放电几万次，充放电电流也较大，所以电荷吞吐量相当大，电解电容容易发热。
铝电解电容器上承受的纹波电流越大，导致电解内部内压气压（工作过程内部化学反应产生的氢气和部分溶剂的汽化）升高。
从而导致电解在较短的时间蒸发干，电解液减少后，电容器的ESR值就上升，产品的发热更加厉害，电解内压迅速升高，导致防爆阀打开以后整个产品失效。