变流器直流母线铝电解电容容值及寿命计算
万裕品牌铝电解电容器寿命推算V3.0
85℃类电容器
105℃类电容器
Hrs ℃ ℃ ℃ ℃
纹波电流值：(频率须一致) Iuse ISTD 14.1 340 mA mA
万 裕 三 信 电 子 (东莞) 有 限 公 司
SAMXON ELECTRONICS (DONG-GUAN) CO., LTD
寿 命 推 算
Radial Lead Type引线式 WV≥160V 寿命推算 寿命公式
Hrs ℃ ℃ V V ℃ ℃ =
0
备注： 一般情况下, 105℃类产品温升设计为ΔT0: 5℃, 85℃类产品温升设计为ΔT0: 10℃, 推算寿命时最大温升请不要超过下表所示 ΔTx: 温度 型别 环境温度Tx（℃） ≤35 45 55 65 75 85 ≤35 45 55 65 75 85 95 105 Radial Lead Type 最大允许温升Δ Tx（℃） 电容器允许最大中心温度(℃) 15 15 15 15 15 10 15 15 15 15 15 15 10 5 50 60 70 80 90 95 50 60 70 80 90 100 105 110
万 裕 三 信 电 子 (东莞) 有 限 公 司
SAMXON ELECTRONICS (DONG-GUAN) CO., LTD
寿 命 推 算
Radial Lead Type引线式 WV＜160V 寿命推算 寿命公式
LX=L0× 2(T0-TX)/10× 2(ΔT0-ΔTX)/5
样品规格描述： 系列 规格 尺寸 100 25 6.3 11 寿命推算信息： LO = GT 10000 μ F TO = 105 TX = V 78.6 Φ mm △T0= 5 Lmm △TX= 0.0 124518 14.21 0 备解： LX:实际使用寿命。（大于131400小时以131400 小时计，大于15年以15年计算） L0：规格书承认的寿命 T0：规格书电容器正常工作的最高使用温度℃。 TX：电容器使用的环境温度℃。(＜35℃按35℃计) △TX：电容器实际使用加载纹波电流时，中心电 Lx= △TX= Hrs 年 容器的温升℃。 Iuse:电容器实际使用的纹波电流 ISTD:电容器规格书承认纹波电流
铝电解电容寿命计算公式
20,000hrs
9
温度测定方法
A) 取得周围温度方法
机器
实际电容器
模仿电容器
寿命计算式
原本
CONFIDENTIAL(秘密的)
测量站
推荐
实际电容器 10
寿命计算式
温度测定方法
B)单元中心发热温度测定方法
测定的三种方法
准确
1) 单元中心温度测定
2) 周围温度/电容器表面温度测定
3) 纹波电流测定>>>发热温度计算
容易
11
CONFIDENTIAL(秘密的)
寿命计算式
温度测定方法
B)单元中心发热温度测定方法
1. 单元中心温度测量 ΔTx=单元中心温度–周围温度
ਗ਼ᆠཥਅౢɝཥ࢙ኜ裡ࠦԨҪ̴܆ৎ來
优点 : 比较准确 缺点 : 需要額外工作樣品
(我们会准备样品与热电偶) 只能在測量時使用
12
CONFIDENTIAL(秘密的)
ΦD (mm)
30
35 40 50 63.5 76
89 100 -
Factor α 1.5 1.65 1.75 1.9 2.2 2.5 2.8 3.1 -
13
CONFIDENTIAL(秘密的)
寿命计算式
温度测定方法
B)单元中心发热温度测定方法
3.纹波电流测定 发热温度计算
ॆ์䕚䕚ྲྀܗ
例)周围温度105度 vs 85度
周围温度
寿命
单元中心 计算推定寿命 发热温度
105℃ 2000时间
5℃
2000时间
85℃
8000时间
15℃
2000时间
电解电容使用寿命的分析和计算
1.1 阿列纽斯(Arrhenius)
1.1.1 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)
1 概述
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。
1.1 阿列纽斯(ARRHENIUS).................................................................................................................................. 3 1.1.1 阿列纽斯方程........................................................................................................................................ 3 1.1.2 阿列纽斯结论........................................................................................................................................ 3
电解电容使用寿命计算
电解电容使用寿命
影响电解电容寿命的因素有很多种，比如电解液的类型、工作状态、封装规格和使用环境等等，计算电容寿命公式:Lx＝L0*KT*KR1*Kv
Lx:电容预期寿命
L0/LR:电容加速寿命,可以查阅电容规格书.
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
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
Kv:工作电压影响系数
康富松电解电容（KFSON）厂家生产的电容器产品系列众多，品种齐全；产品包括：长寿命电解电容器、高频低阻电解电容、UPS 专用电解电容，LED专用电解电容器等，康富松产品被广泛用于LED驱动电源、UPS电源、工业控制设备等各大领域。
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：。
铝电解电容寿命试验规律
铝电解电容寿命试验规律
电容c的计算公式：c=εs/4πkd 。
其中，ε是一个常数，s为电容极板的正对面积，d为电容极板的距离，k则是静电力常量。
在电容元件两端电压u的参考方向给定时，若
以q表示参考正电位极板上的电荷量，则电容元件的电荷量与电压之间满足q=cu。
定义式： c=q/u。
电容器的电势能计算公式：e=cu^2/2=qu/2=q^2/2c。
多电容器并联计算公式：c=c1+c2+c3+…+cn。
多电容器串联计算公式：1/c=1/c1+1/c2+…+1/cn。
三电容器串联：c=（c1*c2*c3）/（c1*c2+c2*c3+c1*c3）。
电容优点：
1、高稳定性
液态铝电解电容可以持续在高温环境中平衡工作，采用固态铝电解电容可以轻易提高
主板性能。
同时，由于其阔温度范围的平衡电阻，适合电源滤波。
它可以有效地提供更多
平衡丰沛的电源，在超频中尤为重要。
2、寿命长
固态铝电解电容具备极长的使用寿命(使用寿命少于50年)。
与液态铝电解电容较之，可以算是“长命百岁”了。
它不能被打穿，也不必害怕液态电解质干枯以及泄漏影响主板
稳定性。
由于没液态电解质诸多问题的所苦，固态铝电解电容并使主板更加平衡可信。
3、低esr和高额定纹波电流
esr(equivalentseriesresistance)指串联耦合电阻，就是电容非常关键的指标。
esr
越高，电容充放电的速度越慢，这个性能直接影响至微处理器供电电路的脱藕性能，在高
频电路中固态电解电容的高esr特性的优势更加显著。
电解电容_纹波_温度_寿命_计算
电解电容_纹波_温度_寿命_计算电解电容器是一种常见的电子元件，用于存储和释放电荷。
在实际应用中，电解电容器的性能参数包括电解电容、纹波电压、温度和寿命等。
1.电解电容电解电容是指电容器的额定值，单位是法拉(F)。
电解电容主要取决于电解液的种类和容量，以及电容器的结构和材料。
一般来说，电解电容越大，存储电荷的能力越强。
2.纹波电压纹波电压是指在交流电路中，电解电容器上的电压变化。
由于电解电容器的内部结构，它对交流信号的响应能力有限，会有一定程度的电压波动。
纹波电压越小，说明电解电容器对交流信号的滤波效果越好。
3.温度温度是电解电容器性能的重要影响因素之一、温度过高会导致电解液的蒸发、内阻上升，从而影响电解电容器的工作稳定性和寿命。
一般来说，电解电容器的温度范围应在指定范围内使用，过高或过低的温度都会对性能产生不良影响。
4.寿命电解电容器的寿命是指其可靠工作的时间。
电解电容器的寿命主要受电解液的腐蚀性和电容器的结构质量等因素影响。
一般来说，电解电容器具有一定的工作寿命，超过寿命后可能会出现容值下降、纹波电压增加等问题。
计算电解电容器的性能参数需要根据具体的电容器型号和规格，以及电路的设计要求进行分析和计算。
以下是一些常用的电解电容器的计算公式：1.电容器的纹波电压计算公式：纹波电压=(I*t)/(C*ΔV)其中，I是负载电流，t是纹波时间周期，C是电解电容容量，ΔV是纹波电压的标准值。
2.电解电容器的额定寿命计算公式：寿命=(T/ΔT)^k其中，T是电解电容器的工作温度，ΔT是电容器工作温度与最大允许温度的差值，k是材料系数。
在实际应用中，电解电容器的纹波和寿命通常是通过实验和测试得出的，也可以根据电解液种类和电容器的结构参数进行估算。
对于设计师来说，选用合适的电解电容器和合理的工作条件是确保电子设备正常工作和提高寿命的关键。
电解电容寿命计算
Ф(mm) β ×10 -3
5~8
10
2.16
2.10
6.C F: 频率补偿系数 : 参考目录资料。
13
16
1.20
1.25
13
16
2.05
2.00
注: 此寿命计算公式只适用于东莞冠坤电子有限公司的所有系列
75 20 1.90
18 1.30
18 1.96
85
105
15
5
1.70 1.00
22 1.35
25 1.40
30 35 1.50 1.65
22
25
30 35
40
1.88
1.84 1.75 1.64
1.58
β: 放热系数． A:电容器的表面积 (cm 2 ).
π
A=
D
4
D:铝壳的直径 (cm);L: 铝壳的长度（ cm）
R:内部阻抗 ( 串联等效阻抗 ).
R=
tan δ 2πfc
× (D+4L)
tan δ: 损失角正切值 f ：测试频率（ HZ） C：容量.I RC=I × C F × C T I: 额定纹波电流 . （参考规格表中的规定值） CF: 频率补偿系数． CT: 温度补偿系数．
Su'scon electronic enterprise co.,ltd.
電解電容器壽命推算公式
1. 在額定 DC電壓下的保正壽命 ( 適用于不必考慮紋波電流影響的場合）
Lx=Lo × 2
To-Tx 10
×2
- △Ｔ △To
2. 在允許最大紋波電流疊加條件下的保證壽命
( 適用于須考慮紋波電流影響的場合）
Lx=Lr × 2
电解电容寿命计算公式
电解电容寿命计算公式
寿命计算公式的由来
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纹波电流的大小对电容寿命的影响最大。
利用温度系数和纹波电流系数，通过对基本寿命的增减分析，可以推算出特定条件下的寿命。
寿命计算公式
寿命计算公式
如何计算内部上升温度△Tj
纹波电流的测量方法
纹波电流有效值的计算方法
纹波电流有效值的计算方法
纹波电流有效值的计算方法
计算实例
PFC电路的纹波电流计算方法
电容内部温度（△Tj）的获得方法。
电解电容寿命计算方法
本文主要是通过纹波电流的计算，然后通过电容的热等效模型来计算电容中心点的温度，在得到中心点温度后，也就是得到电容的工作点最高的问题后，通过电容的寿命估算公式来估算电容的设计寿命。
首先，电容等效成电容、电阻（ ESR ）和电感（ ESL ）的串联。
关于此请参考其他资料，接下来演示电容寿命计算步骤：1 、纹波电流计算，纹波电流计算是得到电容功率损耗的一个重要参数，在设计电容时候，我们必须首先确定下来电流的纹波大小，这和设计规格和具体拓扑结构相关。
铝电解电容常被用在整流模块后以平稳电压，我们在选择好具体拓扑结构后，根据规格要求得到最小的电容值：控制某一纹波电压所需的电容容值为：P: 负载功率（单位 W ）注意：这是应用所需要的最小电容容值。
此外，电容容值有误差，在工作寿命期内，容值会逐步降低，随着温度降低，容值也会降低。
必须知道主线及负载侧的纹波电流数据。
可以首先计算出电容的充电时间。
f main是电网电流的频率。
电容的放电时间则为：充电电流的峰值为dU 是纹波电压（ U max – U min）则充电电流有效值：接下来计算放电电流峰值和有效值。
最后计算得出：整流模块后纹波电流：这个有效值只是纹波电流的计算式，在复杂的市电输入的情况下，我们必须考虑各阶谐波的纹波有效值，也就是说要通过各阶谐波的有效值叠加，才是最后得到的电容纹波寿命计算的纹波，也就是需要将电流傅立叶分解。
2 、计算功率损耗在得到纹波电流后，我们可以计算各阶电流的纹波损耗，然后将各阶纹波求和：3 、计算电容中心点温度得到功率损耗后，我们由电容的热等效模型（参考其他资料）计算中心点温度：其中：Th 电容为电容中心点温度 , 为电容最高温度，其值直接影响到电容寿命，是电容寿命计算公式中的重要参数。
Rth 为电容的热阻，其值和风速等有关 ,Ta 表示电容表面温度。
P Loss 为纹波电流的中损耗。
4 、计算电容寿命得到电解电容中心点最高温度后，我们可以计算电容的寿命，各个电容生产厂商会有不同的电容寿命的计算参数，也有不同的电容寿命修正值，现我们介绍阿列纽斯理论来计算电容寿命，其公式是说，电容工作没下降 10 度，其寿命增加一倍，反过来也就是电容温度升高 10 度，电容寿命减小一倍：Lop 为电容工作寿命，即设计寿命Lo 为电容在最大温度时的寿命Tmax 为电容的最大工作温度，在电容的说明书上会有电容的最大温度值Th 为电容的实际工作时候的温度，也即以上计算出来的电容中心点温度。
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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：
●L环境温度为T 时电解电容使用寿命（hour）
●L0最大温度时电解电容的额定寿命(hour)
●T0电解电容额定最高使用温度（deg℃）
●T环境温度（deg℃）
●T0-T 温升（deg℃）
2)分析:
根据公式(1)可知
当电解电容工作温度在最高使用温度工作时(即T0=T)时,由公式(1)计算得到电解电容最小使用寿命为L=L0×20=L0即等于额定寿命,比如8000小时，
8000/8760=0.9年。
当电解电容工作温度低于最高使用温度10℃时,由公式(1)计算得到电解电容使用寿命为L=L0×2[T0-(T0-10℃）]/10℃=L0×21即等于额定寿命的2倍,即16000
小时,16000/8760=1.8264年。
可见,电解电容使用寿命计算公式符合阿列纽斯方程结论
3 电解电容使用寿命计算
在电子产品中，影响电解电容寿命的因素有环境温度T 和纹波电流Irms。
电容承担的负载功率与纹波电流成正比，负载越大，纹波电流越大(电解充放电越深)，内部氧化膜分解时发热越厉害，修补时电解液消耗越多。
见图1
纹波电流越大引起的发热越大，所以纹波电流引起的发热在电解电容寿命计算中要考虑。
3.1 纹波电流计算
1)电容容量
2)充电时间
3)放电时间
4)充电电流
5)放电电流
6)纹波电流
3.2 功率损耗计算
3.3 电解电容发热公式
达到热平衡时容器中心温度T0 和环境温度T 的温升由散热方式（空气散热、容器散热）和耗散功率PD 决定，用热阻来描述，热阻(Thermal Resistance)Rq ，
单位（℃/W）：
●△T 加纹波电流I 时电解电容自身发热（deg℃）
● I 实际工作纹波电流（A rms）,
●β散热系数（W/℃Cm2）
●S电解电容的表面积（cm2）
●R电解电容等效阻抗（ESR Ω）
3.4 合成纹波电流计算
因为实际电路中,纹波电流包含有各种频率波形的纹波电流,所以对实际电路纹波电流的计算应该由合成纹波电流Irms 得到：
3.5 额定工作温度
电解电容的行业规定，在额定温度T0下，加上允许额定纹波电流I 产生的最大发热△t≤5 deg℃
因此实际纹波电流为Ir 时，电容器自身的发热是
●△t 为额定温度下加上额定纹波电流时电容器允许最大温升（deg℃）
●Ir电容器额定纹波电流（Arms）
●I为（计算的）实际工作纹波电流（Arms）
3.6 电解电容寿命计算
由上面的分析可知,考虑纹波电流后的电解电容的寿命计算公式最后为:
●T0为额定温度(比如105℃)
●Δt为额定温度时最大允许温升5℃
●T为环境工作温度(比如55℃)
●ΔT为T 温度时纹波电流产生的发热值(比如20℃)
3 电解电容使用寿命计算
一电容ED33uF/200V/105℃，额定寿命L0=8000 小时，允许纹波电流
I=195mA/120Hz,在环境为55℃的110V/60Hz 电路中应用。
1.三角波
2.弦波
3.合成
4.发热
5.寿命
1)不考虑纹波电流的使用寿命
2)考虑纹波电流的实际使用寿命
5 结论
由上面例子计算可知,纹波电流对电解电容寿命的影响是非常大的,电路工程师在设计使用电解电容时,不但要考虑电容工作的环境温度,还要考虑电路纹波电流对电解电容寿命带来的影响,尽可能的延长电解电容的使用寿命。
电路呈容性或强感性会影响到三极管等安全切换,使晶体管损耗加重,发热增大，并在电解电容上叠加有很高的单尖锋纹波电流，充放电纹波电流变窄变高，最后使电解电容严重发热直至损坏,表现为冒顶﹑冒汽﹑漏液或爆炸。
尽量选择质量好的电解电容，密封性能好的电容，切不可使用寿命减半的拆件电解电容。
给电解电容一个安全的工作环境，合理的设计，才是解决电解电容冒顶﹑冒汽﹑漏液以延长寿命的解决之道。