關(guān)于鋁電解電容的壽命有一些討論，但真正演示壽命計(jì)算過程的卻不多。本帖將一步一步詳解鋁電解電容壽命的計(jì)算，目標(biāo)是讓看此帖的人學(xué)會(huì)計(jì)算鋁電解電容的壽命。 同時(shí)也歡迎高手指點(diǎn)。

 

網(wǎng)友討論



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一般從以下幾個(gè)方面來考慮：

1. 標(biāo)準(zhǔn)壽命：就是供應(yīng)商在 datasheet 中寫的壽命，一般是85°C 的情況下給出的壽命，但是這個(gè)壽命并不是我們所要計(jì)算的壽命；

2. 紋波電流：直接帶最大負(fù)載，用電流 Pro 直接測(cè)量可以得出；

3. 頻率：此頻率為紋波電流的頻率，有高低頻混合時(shí)，可以用示波器里面的傅里葉分析得出；

4. 溫度：在客戶要求的環(huán)溫下帶最大負(fù)載時(shí)測(cè)得的最高溫度；

5. 最大允許紋波電流：此項(xiàng)所說的紋波電流同2項(xiàng)中的紋波電流，不是同一個(gè)概念，而是經(jīng)過溫度補(bǔ)正系數(shù)、頻率補(bǔ)正系數(shù)，與2項(xiàng)中的紋波電流綜合得出；

6. 自身發(fā)熱系數(shù)：一般供應(yīng)商的 datasheet 會(huì)明確給出。

 

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對(duì)于電容的壽命，先說明一下什么時(shí)候算壽命結(jié)束。一般判斷標(biāo)準(zhǔn)如下（不同廠家對(duì)變化量的定義會(huì)有小的調(diào)整）：

? 電容量變化：初始值的±20% 

? 損耗角正切：不超過規(guī)定值的200% 

? 漏電流：不超過規(guī)定值

? 外觀：不能有明顯異常，如鼓起、漏液、炸裂等



一個(gè)電容，只要以上4點(diǎn)中有一點(diǎn)超出，就認(rèn)為壽命結(jié)束，大家平常更直觀的是看第四點(diǎn)。

 

關(guān)于電容的壽命，有儲(chǔ)存壽命和使用壽命之分（通常我們更關(guān)注的是使用壽命）。

一般規(guī)格書里顯示：在額定溫度下，電容的儲(chǔ)存壽命為1000~2000個(gè)小時(shí)。在正常的溫度下，大部分廠商的儲(chǔ)存時(shí)間是2年，超過2年就需要進(jìn)行通電處理。



規(guī)格書里會(huì)給出額定壽命，那么額定壽命是在什么條件下測(cè)出來的呢？

一般額定壽命是在加 額定電壓 、 額定溫度 、 額定紋波電流 的情況下測(cè)出的。從以上可以看出，影響使用壽命的3大因素，計(jì)算依據(jù)也是基于此。

 

電解的實(shí)際使用壽命的計(jì)算，可用下面的公式表示： Lx=Lo·Kt·Ki·Kv

 

其中 

? Lx：電容計(jì)算出的使用壽命 

? L0：電容在額定條件下的壽命 

? Kt：電容溫度系數(shù) 

? Ki：電容紋波電流系數(shù) 

? Kv：電容電壓系數(shù) 



粗看一下公式，是不是很簡單？ 以上公式基本適用于所有廠商的電解電容壽命計(jì)算，差異就在不同家、不同系列的那3個(gè)系數(shù)不一樣。

 

下面看一下電容廠商給出的，NCC 針對(duì)某些系列的計(jì)算公式：

 

 

這里要說明下： 

關(guān)于 Kv 這個(gè)參數(shù)，日系3大廠商，除了 rubycon，其他兩家都在其計(jì)算公式中有體現(xiàn)。這點(diǎn)上 rubycon 比較保守，在同樣參數(shù)下，rubycon 電容的計(jì)算壽命有可能會(huì)低些。 



電壓對(duì)壽命的影響，相對(duì)于 Kt 和 Ki 的影響較小，一般可以忽略，尤其是低電壓的情況下，可以認(rèn)為 Kv=1；但對(duì)于尺寸較大的高壓產(chǎn)品（>350V），其內(nèi)部電解液較多，除了溫度會(huì)使電解液揮發(fā)，所加電壓也會(huì)使內(nèi)部氧化膜劣化而影響壽命。

 

對(duì)于電解的壽命，大家都知道一個(gè)原則：溫度下降10°C，壽命翻倍。這個(gè)可以通過上面的公式推導(dǎo)，假設(shè)在額定電壓、額定紋波電流下，溫度低于額定溫度10°，可得 Ki=1 Kv=1 Kt=210/10=2，從而得出壽命翻倍：Lx=2Lo。



溫度對(duì)壽命的影響非常大，額定 2000h~5000h 的電解，實(shí)際應(yīng)用中達(dá)到幾萬個(gè)小時(shí)是很輕松的。

 

下面就以 rubycon 的公式為例，來說明公式中每個(gè)參數(shù)的意義和如何取得參數(shù)。從資料里可看到：

 

 

看公式，Tmax 已知，一般有85°C、105°C、125°C之分；C 是常數(shù)，可以通過查表得到。Ta 和 ΔTj 這兩個(gè)參數(shù)未知，下面重點(diǎn)討論這兩個(gè)參數(shù)。

 

Ta 和 ΔTj 兩個(gè)參數(shù)，列一個(gè)二元一次方程組就可以解出來了。

 

 第一個(gè)等式

 

 

 

 第二個(gè)等式

 

 

 

α 查表得出，ΔTj0 從規(guī)格書可得出，Tc 為實(shí)測(cè)表面溫度，I 為實(shí)測(cè)的 ripple 電流（高頻需要折算到低頻120Hz）。



實(shí)際中要注意以下幾點(diǎn)：

1. 工作溫度不能超 Tmax、ripple 電流不能超最大可接受 ripple 電流、電壓不能超 Vmax，只要有一項(xiàng)超了，就不適合用公式計(jì)算壽命，即使算過了也沒有意義。

2. 最大可接受 ripple 電流=額定 ripple 電流 * 溫度系數(shù)

3. 測(cè)試 ripple 電流的時(shí)候，引線長度盡量短，減少寄生電感對(duì) ripple 的阻礙作用，使測(cè)量盡量準(zhǔn)確。

 

關(guān)于第三點(diǎn)，ripple 電流的測(cè)試，會(huì)存在以下兩個(gè)問題：

1. 由于需要用電流探棒測(cè)試電流，引線不可能很短，始終會(huì)把電流阻擋掉一部分，實(shí)測(cè)值小于真實(shí)值。

2. 對(duì)于測(cè)試輸出端電容的 ripple 電流，割線串入引線會(huì)導(dǎo)致環(huán)路不穩(wěn)，嚴(yán)重的輸出不正常，此時(shí)帶載測(cè)試 ripple 也存在準(zhǔn)確性問題。



所以，要測(cè)到 ripple 電流的真實(shí)值，推薦如下圖的方法：測(cè) ripple I1 和 I3，通過計(jì)算得出 I2，這樣的測(cè)試目前是最準(zhǔn)確的。

 

 

 

不管是哪一家的電容，計(jì)算公式都是差不多的，差異就是系數(shù)的選定。

 

在計(jì)算的時(shí)候需要與供應(yīng)商確認(rèn)具體的公式，不要以為同一家的所有 source 可以套用一個(gè)公式和系數(shù)，這樣估算出來的誤差會(huì)較大。

 

再提一下：

1. 電容的 Tc 值，有些位置溫度很低，比如為 30°C 左右，不要以此數(shù)據(jù)帶入計(jì)算。對(duì)于低溫的情況下，公式也是不合適的，最低溫度需要從40℃ 或者45℃ 開始。

2. 實(shí)際壽命算出20年了怎么辦？廠商規(guī)格一般會(huì)寫最高以15年為限，這與電容的本身壽命有關(guān)，如電解液揮發(fā)等。

 

至此，關(guān)于電解電容壽命的計(jì)算已說明完畢。特別是其中測(cè)試的注意事項(xiàng)，如果操作不規(guī)范，測(cè)試數(shù)據(jù)不準(zhǔn)，那么計(jì)算偏差就更大了。