电容寿命计算
薄膜电容的寿命计算
薄膜电容的寿命计算
薄膜电容的寿命计算是一个复杂的过程，涉及多个因素和公式。
下面介绍三种常见的薄膜电容寿命计算公式：
电化学腐蚀寿命计算公式：
Tc = h/k(Ia*U/0.01)
其中，Tc表示电容的寿命，单位为小时；h为随机失效时间；k为系数，取值通常为3~10左右；Ia为电容板的表面积，单位为cm²；U为电容器工作电压，单位为V。
热老化寿命计算公式：
Tc = A*e^(Ea/RT)
其中，Tc表示电容器的寿命；A为材料常数；Ea为活化能，单位为J/mol；R为普适气体常量；T为温度，单位为K。
电压应力aging寿命计算公式：
其中，Tc表示电容寿命；k为常数；U为电压；n为指数，通常取值为0.5~4之间。
除了上述公式外，薄膜电容的寿命还受到多种因素的影响，如工作温度、工作电压、环境因素和加工工艺等。
在实际应用中，需要根据具体情况综合考虑这些因素，选择合适的材料和工艺，并采取必要的措施来延长薄膜电容的寿命。
总之，薄膜电容的寿命计算是一个复杂的过程，需要综合考虑多个因素和公式。
在实际应用中，应结合具体情况进行选择和调整，以获得最佳的寿命延长效果。
电容使用寿命的计算公式
电容使用寿命的计算公式
电容寿命计算方法：
Lx＝L0（或者LR)*KT*KR1(或者KR2)*Kv
Lx：电容预期寿命（你要的）；
L0/LR:电容加速寿命，可以查阅电容规格书。
（如果资料提供在最高温度下的数据（如2000小时），则用L0,后面对应KR1；如果资料提供最高温度、施加可允许最大文波电流下的数据，则用LR，后面对应KR2)
KT:环境温度影响系数（每升高10度，寿命降低一半)
KT等于2的（T0-Tx）/10次方（公式不好编辑，这样写大家应该能明白）
T0:电容最高工作温度（85或105）
Tx：电容实际工作温度
KR1/KR2:纹波电流影响系数。
KR1与L0对应，等于2的-T/5次方。
T：纹波电流所引起的电容内部温升
KR2与LR对应，等于2的（Tm-T）/5次方，Tm：施加最大电容允许文波电流所引起的电容内部温升（可以查到）；T：实际纹波电流所引起的电容内部温升。
Kv：工作电压影响系数（对大多数电容，实际工作电压为额定电压的0.8，则Kv＝1）。
钽电容寿命计算公式
失效率计算
1、在线路中，钽电容器的现场故障率MTBF计算公式为：
F = FV x FT x FR x FB
FV 是降额电压校正因子；
FT 是温度校正因子；
FR 是线路等效电阻校正因子；
FB 是电容器的基础失效率。
图1 降额电压校正因子（60%置信度）
图2 温度校正因子（60%置信度）
表1 线路等效电阻校正因子（60%置信度）
2、计算实例：
例：CA45-B-16V10μF用于12V线路中，工作温度范围-45~70℃，回路等效电阻2Ω，该电容器在此线路中的失效率等级为：
FV=0.08 降额75%；
FT=1 工作温度范围小于85℃
FR=0.85 每伏电压的阻抗2/12=0.167
FB=1%/1000Hr
F=0.08*1*0.85*1%/1000=0.068%/1000Hr
若电容器变为20V10μF，降额大，校正因子系数FV=0.018，失效率等级变为：F=0.018*1*0.85*1%/1000=0.0153%/1000Hr
对于钽电容，其寿命λ=1/F。
电解电容寿命计算公式 说明(1)
代号
I0 IX
4、关于其他的寿命原因：
代号表示内容说明 最高使用温度下正常周波数的额定纹波电流(Arms)
实际使用中的纹波电流(Arms)
铝电解电容由于电解液通过封口部扩散到外部而导致磨耗故障，加速其现象的要因除上述周围温度与
纹波电流外有以下要因：
●过电压的情况
连续印加定格电压的过电压时，急速增大制品的漏电流量，这种漏电流引起发热产生气体，并导致内压
铝电解电容器的使用寿命计算公式
1、周围温度与寿命
温度对寿命的影响有静电容量的减少，损失角正接的增大，导致电解液通过封口部扩散到外部，电气
特性随时间的变化值与周围温度间成立试验公式，其关系式类似于温度增加，化学反应速度成指数倍 增加之化学反应规律式，称之为温度与铝电解电容寿命10℃法则。
LX=L0×B
W=IR2×R+VIL
代号
代号表示内容说明
W
内部的消费电力
IR
直流电流
R
内部阻抗等效串联电阻 ESR
V
印加电压
IL
漏电流
漏电流 LC最高使用温度增加到20℃的 5-10倍程度，由于 I R远大于IL，可成立如下公式：
W=IR2×R
◆ 内部发热与放热达到平衡温度的条件公式如下：
IR2×R=βA△T
代号
T0 - TX 10
代号
代号表示内容说明
L0
最高温度条件下，印加定格电压或重迭额定纹波电流时的保证寿命(hrs)
LX
实际使用中的寿命(hrs)
T0
制品的最高使用温度(℃)
Tx
实际使用时的周围温度(℃)
B：温度加速系数 温度加速系数 B，如果是最高使用温度以下时，可以用 B≈2来计算，升温 10℃，约 2倍的加速率； 设定较低的使用时的周围温度 T X，能保证长期的寿命。 2、印加电压与寿命 使用在线路板上的 RADIAL型、SNAP-IN型铝电解电容，若在最高使用温度及额定工作电压以下的情况 使用时，印加电压的影响比周围温度及直流电流的影响小，对于铝电解电容来说，实际计算可以不考虑 降压使用对寿命计算之影响。 3、纹波电流重迭时的寿命 铝电解电容比其他类的电容损失角大，会因纹波电流而内部发出热量。由于施加的纹波电压发出的热量 会导致温度上升，对寿命有很大影响，印加电流电压时的发热情况如下公式来计算：
如何计算电解电容使用寿命
如何计算电解电容使用寿命
作为电子产品的重要部件电解电容，在开关电源中起着不可或缺的作用，它的使用寿命和工作状况与开关电源的寿命息息相关。
在大量的生产实践与理论探讨中，当开关电源中电容发生损坏，特别是电解电容冒顶，电解液外溢时，电源厂家怀疑电容质量有问题，而电容厂家说电源设计不当，双方争执不下。
以下就电解电容的使用寿命和使用安全作些分析,给电子工程师提供一些判断依据。
1、阿列纽斯(Arrhenius)
1.1 阿列纽斯方程
阿列纽斯方程是用来描述化学物质反应速率随温度变化关系的经验公式。
电解电容内部是由金属铝等和电解液等化学物质组成的,所以电解电容的寿命与阿列纽斯方程密切相关。
阿列纽斯方程公式：k=Ae－Ea/RT 或lnk=lnA—Ea／RT (作图法)
●K 化学反应速率
●R 为摩尔气体常量
●T 为热力学温度
●Ea 为表观活化能
●A 为频率因子
1.2 阿列纽斯结论
根据阿列纽斯方程可知,温度升高，化学反应速率（寿命消耗）增大，一般来说，环境温度每升高10℃，化学反应速率(K 值) 将增大2-10 倍，即电容工作温度每升高10℃，电容寿命减小一倍,电容工作温度每下降10℃，其寿命增加一倍，所以,环境温度是影响电解电容寿命的重要因素。
2、电解电容使用寿命分析
1)公式:
根据阿列纽斯方程结论可知，电解电容使用寿命计算公式如下：。
电解电容寿命计算方法
电解电容寿命计算方法寿命估算(Life Expectancy)：电解电容在最高工作温度下，可持续动作的时间。
Lx=Lo*2(To-Ta)/10Lx=实际工作寿命Lo=保证寿命To=最高工作温度(85℃or105℃)Ta= 电容器实际工作周围温度Example：规范值105℃/1000Hrs65℃寿命推估：Lx=1000*2(105-65)/10实际工作寿命：16000Hrs高温负荷寿命(Load Life)将电解电容器在最高工作温度下，印加额定工作电压，经一持续规定完成时间后，须符合下列变化：Δcap：试验前之值的20%以内tanδ：初期特性规格值的200%以下LC ：初期特性规格值以下高温放置寿命(Shelf Life)：将电解电容器在最高工作温度下，经一持续规定完成时间后，须符合下列变化：Δcap: 试验前之值的20%以内tanδ:初期特性规格值的200%以下LC:初期特性规格值以下高温充放电试验(Charge/Discharge Test)将电解电容器在最高工作温度下，印加额定工作电压，经充电30秒后再放电330秒为一cycle，如此经1,000 cycles 后，须符合下列变化：Δcap : 试验前之值的10%以内tanδ : 初期特性规格值的175%以下LC : 初期特性规格值以下纹波负荷试验(Ripple Life)将电解电容器在最高工作温度下，印加直流电压及最大纹波电流（直流电压+最大涟波电压峰值=额定工作电压），经一持续规定完成时间后，须符合下列变化：Δcap : 试验前之值的20%以内tanδ : 初期特性规格值的200%以下LC : 初期特性规格值以下常用电解电容公式容抗 : XC=1/(2πfC) 【Ω】感抗 : XL=2πfL 【Ω】阻抗: Z=√ESR2+(XL-XC)2 【Ω】纹波电流: IR=√(βA△T/ESR) 【mArms】功率 : P=I2ESR 【W】谐振频率 : fo=1/(2π√LC) 【Hz】。
最新MTBF寿命计算公式
M T B F寿命计算公式寿命计算公式1.1 MTBF（平均间隔失效时间）预估1.1.1概述MTBF之计算系依据军用手册MIL-HDBK-217F“电子设备之可靠性预估”来进行，此部份涵盖了电子零件实际的应力关系、失效率。
MIL-HDBK-217的基本版本将保持不变，只有失效率的资料会更新。
在评估过程之前，应确定各元器件的相关特性（如基本失效率、质量等级，环境等级等等）。
1.1.2定义“MTBF”的解释为“平均间隔失效时间”而MTBF是由MIL-HDBK-217E.F计算，以25℃环境温度为参考温度。
1.1.3电解电容寿命预测Rubycon品牌的电解电容的寿命计算公式L X＝Lr×2[(To-Tx)/10]×2(ΔTs/Ao-ΔTj/A)，L X：预测寿命（Hr），Lr：制造商承诺的在最高工作温度（To）及额定纹波电流（Io）下的寿命，To：最高工作温度—105℃或85℃，Tx：实际外壳温度（℃），ΔTs：额定纹波电流（Io）下的电解电容中心温升（℃），ΔTj：实际纹波电流（Ix）下的电解电容中心温升（℃），A： A＝10－0.25×ΔTj，（0≤ΔTj≤20）Ao：Ao＝10－0.25×ΔTs，其中ΔTs＝α×ΔTco＝α×Io2×R/（β×S），ΔTj＝α×ΔTcx＝α×Ix2×R/（β×S），ΔTco：额定纹波电流（Io）下的电解电容外壳温升（℃），ΔTcx：实际纹波电流（Ix）下的电解电容外壳温升（℃），α：电解电容中心温升与外壳温升的比例系数，Ix：纹波电流的实际测量值（Arms），Io：额定的纹波电流值（Arms），R：电解电容的等效串连阻抗（Ω），S：电解电容的表面积（cm2），S=πD×（D＋4L）/4，β：热辐射常数，一般取β＝2.3×10-3×S-0.2，D：电解电容的截面积的直径（cm），L：电解电容的高度（cm），nichicon品牌的电解电容的寿命计算公式L X＝Lr×2[(To-Tx)/10]×21-(Ix/Io)2/K，K：温升加速系数，＝10－6×（Tx－75℃）/30 （Tx≤75℃时，K 值取10）其余字符的表达含意同上。
电容寿命计算
Life Estimation Formula for the Capacitors
1. 计算公式
Lx = Lo × 2
（To-Tx)/10
×2
(△To-△Tx)/5
LX=lifetime(hours)of the capacitor to be estimated 计算公式得出的寿命值 Lo=Base (Assured)lifetime (hours)of the capacitor 保证寿命值 To=Maximum rated operating temperature(℃) 最高额定工作温度 TX=Actual ambient temperature of the capacitor within device (this is not the environment temperature of the device,but the environment temperature of the capacitor that has been placed within the device, details as note 2) 实际环境温度， △TO=Rise in core temperature of the capacitor due to rated (permissible)maximum ripple current. 允许中心温升,即纹波电流升到额定最大值时测得的电容器芯子温升。 △Tx=Actual rise in the core temperature of the capacitor due to actual ripple current at device operating conditions. 实际中心温升,即在装置工作条件下，施加纹波电流而引起的电容器芯子温升。 △Tx=△To×（Ix/Io)∧2 Where: Io=rated rms ripple 额定纹波电流 Ix=Actual rms ripple 实际纹波电流
电解电容寿命计算
计算条件： 物料名称：4300-BN1071-A010 保证寿命：105℃5000hrs 额定纹波电流：650mArms/ 105℃,120Hz 使用温度：55 ℃ 实际纹波电流： 600mArms/ 100Hz 周围补正系数： 120Hz 100Hz…0.7
1.纹波发热的计算： 频率修正： 650mArms/120Hz X 0.7 = 455mArms/ 100Hz 发热计算： (600/455)2 x 5 = 8.695
寿命计算（2000小时）
计算条件： 物料名称：4300-BN1071-A000 保证寿命：105℃2000hrs 额定纹波电流：650mArms/ 105℃,120Hz 使用温度：55 ℃ 实际纹波电流： 600mArms/ 100Hz 周围补正系数： 120Hz 100Hz…0.7
1.纹波发热的计算： 频率修正： 650mArms/120Hz X 0.7 = 455mArms/ 100Hz 发热计算： (600/455)2 x 5 = 8.695
使用时间
每天观看时间
2.寿命计算
时间（年）
33 16.5 11 8.3 6.6
Lx Lo 2
To Tx 10
2
ΔT 5 8.695 5
4小时 8小时 12小时 16小时 20小时
5000 2 48000
105 55 10
2
24小时
5.5
注： 55 ℃为电视机使用环境为恶劣条件下的评估值，由此计算在恶劣条件下连续 使用的时间约为48000小时，即5.5年 。若电视机平均每天工作12小时，则使 年限为11年。
使用时间
每天观看时间
2.寿命计算
时间（年）
电容寿命计算公式2012
一、寿命计算公式 E-CAP Life Formula
L L 2
r
式中：
L：温度T时的寿命 LIFE ar tenmperature T T0：电容最高工作温度 highest temperature T：工作温度 work temperature K：为纹波加速系数
I~：电容工作时通过 U: 实际直流工作电压
由于直接测试电容器的中心温升存在困难，下表列出了表面温度与中心温度的换算关系 diameter 中心/表面 ～10(mm) 1.1 12.5～16 1.2 18 1.25 22 1.3 25 1.4 30 1.6 35 1.65
RC
1000μF50V Φ10*40
RC
47μF35V Φ5*11
2000
105
35
0.18
3
2
35
0.18
RC
22μF35V Φ5*11
2000
105
35
0.17
3
2
35
0.17
批准：罗伟
审核： 涂路明
作成：茅文燕
T 0T ( ) 10
K
~ I T ( )[1( ~ )2 ] 10 I0
U 2 ( ) U0
Lr：工作在额定工作电压、施加最大允许纹波电流、和最高工作温度下的寿命 LIFE IN rated Ripple current and max temperature
K=2（纹波电流允许范围内 in allowable ripplecurrent）； K=4（超纹波电流允许范围时） out of the allowable ripple current △T0=3：最高工作温度下施加最大允许纹波电流时的电容器中心容许温升， allowable increasing temp in the highest work temperature
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Component Typ Resistors
Carbon/Metal Film ≤1/4 W ≥ 100 Kohm 1/2 W ≥1W ≤1/4 W < 100 Kohm 1/2 W 1W ≥2W Meral gaze VR NTC-Resistor / PTC-Resistor
Special Parts H-Driver/ Vertical Vpeak (%)
Normal Case
Irms (%) Tcase (%) Vpeak (%)
Worst Case
Irms (%) Tcase (%)
80
80
75
85
80
80
Date: Sep. 23. 2002
Responsible: Marcus Oswald
Worst Case
Core Temp (%) 80 Tj max. = 150°C
Semiconductors Diode Zener Diode Damp/Modulation Diode
Date: Sep. 23. 2002 Vrm (%) Pd (%) Io (%) Iz (%)
Note: Tj to Tcase has to be calculated for verification in any case
Worst Case
Veb (%) 85 Ip (%) IC (%) 85 IDM (%) Tcase (°C 90 VGS Tcase (%) (°C) 80 85 90 Tcase (°C) 90 Tcase (°C)
85 Pd (%) 80 ≤ 100°C Irms (%)
80
90
85
100
Component Typ
Responsible: Marcus Oswald
Revision change date: 23.March 2004
Revision 1.3
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Component Typ
Transistors MOSFET
IC PCB ( Solder Temp) Special Parts Switch Power MOSFET DC-DC booster MOSFET DC- DC booster rectifier Hor.- output Vce (%) 85 Vpss (%)
Date: Sep. 23. 2002
Responsible: Marcus Oswald
Revision change date: 23.March 2004
Revision 1.3
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Appendix B: Aluminium electrolytic capacitor (AL-Cap.)
Im (%) 80
Date: Sep. 23. 2002
Responsible: Marcus Oswald
Revision change date: 23.March 2004
Revision 1.3
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Component Typ Capacitors
Normal Case
V DC (%) V CP (%) V peak (%) I rms (%) I p-p (%) Temp (%) V DC (%) V CP (%)
Worst Case
Power (%) 80 80 80 80 80 80 60 60 80 Criteria: The solder Temp. of PCB ≤ 100° C Temperature
Peak Voltage Spec.. Vs Power: 1/6 W – 200V, 1/4 W –250V, 1/2 W –350 V, 1W – 350 V, 2W –350V, 3W –500 V, 5W- 500V
Date: Sep. 23. 2002
Responsible: Marcus Oswald
Revision change date: 23.March 2004
Revision 1.3
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Appendix C: Aluminium electrolytic capacitor (AL-Cap.) 1. If the expected lifetime of Al-Cap. exceeds 30,000 hours, the maximum allowable current is computed by using the following formula. Formula:
L =L
o
×
2
To − Ts 10
×
ห้องสมุดไป่ตู้
2
− ∆T 10
where, ∆T = Ts − Ta = 5 × ( Imeas / Iripple )2
L: Lo : To : Ts : ∆T : Expected lifetime at the actual using temperature Load lifetime guaranteed by a supplier Temperature spec. presented by a supplier The surface temperature when in use. Difference between surface temp. of a part and ambient temp. Ta : Ambient temp. of a part I meas : Measured value of ripple current I ripple : Allowable ripple current spec. compensated by frequency
Normal Case
VGS Tcase (%) (°C) 80 80 80 85 85 Vpeak (%) Pd (%) Tcase (°C) 80 80 85 ≤ 85°C Vpeak (%) Irms (%) Tcase (°C) Veb (%) 85 Ip (%) IC (%) 85 IDM (%) Tcase (°C) Vce (%) 85 Vpss (%) 90 Vpeak (%) 85 Vpeak (%)
I fsm (%) IFM (%)
Tcase (°C) Tcase (°C)
Vrm (%) 90 Pd (%) 50 Vrm (%) 90
Io (%) 50 Iz (%) 50 Io (%) 50
I fsm (%) 70 IFM (%) 80 I fsm (%) 70
Tcase (°C) 90 Tcase (°C) 90 Tcase (°C) 90
The maximum allowable current is estimated by using the following formula and the frequency coefficient in the table below. Formula:
Iripple = Irms x fc
Normal Case
Peak Voltage (%) 50 50 40 80 80 80 80 80 Isteady (%) 70 Power (%) 50 50 50 50 50 60 50 50 Im (%) 70 Criteria: The solder Temp. of PCB ≤ 85° C Temperature Peak Voltage (%) 50 50 40 80 80 80 80 70 80 Isteady (%) 80
60Hz 120Hz 300Hz 1kHz 10kHz 100kHz µF 0.1 ~ 3.3 0.65 1 1.35 1.75 2.30 2.50 4.7 ~ 33 0.75 1 1.25 1.50 1.75 1.80 47 ~ 1000 0.80 1 1.15 1.30 1.40 1.50 2200 ~ 0.85 1 1.03 1.05 1.08 1.08 Note: The correct frequency coefficient has to be taken form the component specification. The above table is only for reference!!
Description: Iripple : Maximum allowable current
Irms : Specification of the maximum allowable current fc : Frequency coefficient
Table of the frequency coefficient: [for reference]
10 L Tg = To −10 Log2 s Lo
Imax.spec . = Iripple
Tg − Ta
Ta = Ts − ∆T ≈ Tc − ∆T
Allowable ripple current spec. compensated by frequency and temp. Allowable ripple current spec. compensated by frequency Ambient temperature when the expected lifetime is same as the specified one Ambient temperature when in use Temperature spec. presented by a supplier Inside temperature of a part when in use Surface temperature of a part when in use Guarantee lifetime (10,000 hours) Load lifetime guaranteed by a supplier Difference between surface temp. of a product and ambient temp.