电容应用实践：从100UF 35V设计选型到寿命阐明

　　开关电源的寿命很洪流平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。本文从纹波电流计较、纹波电流实测、电解电容选型、温度测试要领、寿命估算等方面，对电解电容作了全面的阐明。

　　纹波电流发生的热量引起电容的内部温升，加快电解液的蒸发，当容值下降20%或损耗角增大为初始值的2~3倍时，预示着电解电容寿命的终结。通过查抄电容器上的纹波电流，可预测电容器的寿命。本文以持续事情模式的反激调动器输出电容阐明为例，重点从纹波电流角度全面阐明电解电容的选型与寿命。

　　1、纹波电流计较

　　假设已知持续事情模式的反激调动器，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，由此可以计较次级纹波电流ΔIo和有效值电流Io.rms。

　　次级纹波电流ΔIo：

　　有效值电流Io.rms： 

　　最终获得流过输出电容的纹波电流：

　　图1直观的显示了该电容的纹波电流波形：

　　图1 纹波电流波形

　　2、电解电容选型

　　由上述计较阐明获得流过电容的纹波电流为1.72A，综合思量体积和本钱，选择了纹波电流为1.655A的电解电容。

　　该纹波电流需在电源开关频率下选择，如下图某厂家电容手册的纹波电流有频率因子，差异频率下的纹波电流差异。高频低阻电容均会给出100kHz下的纹波电流，本设计开关频率为60kHz，频率因子为0.96~1之间， 固态，在此取1即可。

　　图2 电容纹波电流频率因子

　　注：纹波电流尚有一个温度系数，譬喻105℃电容，在85℃情况温度下，答允的最大纹波电流约为额定最大纹波电流的1.73倍，该参数一般不在电容手册中浮现。

　　3、纹波电流实测

　　测试电解电容纹波电流时，需将电容引脚穿入电流探头中，通过示波器可读得交换有效值。本设计实例的纹波电流测试功效如图3所示，示波器读得有效纹波电流为1.64A，与理论设计靠近。因此理论计较具有较大的工程指导意义。

　　图3 实测电容纹波电流

　　4、温度测试要领

　　丈量容体外貌温度Ts：需在电容器侧面的中间位置举办，假如由于外部影响导致电容器外貌温度不匀称、不不变，需综合丈量电容器外貌4个点的温度，再取平均值。

　　丈量情况温度Tx：热电偶需安排在离铝壳外貌20毫米阁下处，假如空间不敷，则保持最小10毫米间隔，假如由于外部影响导致四周情况温度不匀称、不不变，则需综合丈量4个点以上的温度，再取平均值。

　　图4 情况温度与外貌温度丈量

　　5、电解电容寿命估算

　　本设计，选择的电解电容为-40~105℃、5000小时、1.655A纹波电流的高频低阻电解电容，最高实测情况温度Tx为80℃， 470uf 16v，壳体外貌温度Ts为85℃。则其寿命估算如下步调如下。

　　(1)估算实际内核温升：

　　个中：

　　△To为To时答允的内核温升，即额定纹波电流时的电容器芯子温升，此次选择的105℃电容△To为5℃，可查原厂或行业资料获得;

　　△Tx为实际内核温升;

　　Ix为实际纹波电流1.64A;

　　Io为额定纹波电流1.655A。

　　(2)估算电容寿命：

　　个中：

　　Lo为额定寿命5000小时;

　　To为最高额定事情情况温度105℃;

　　Tx为实际情况温度80℃。

　　当由于情况因素影响，Tx不易得到时，可用Ts替代，这可以进一步提供安详余量担保产物售寿命。