開關(guān)電源的壽命很大程度受到電解電容的制約,，而電解電容的壽命取決于其內(nèi)核溫升。本文從紋波電流計(jì)算,、紋波電流實(shí)測(cè),、電解電容選型,、溫度測(cè)試方法、壽命估算等方面,，對(duì)電解電容作了全面的分析,。

紋波電流產(chǎn)生的熱量引起電容的內(nèi)部溫升，加速電解液的蒸發(fā)，當(dāng)容值下降20%或損耗角增大為初始值的2~3倍時(shí),，預(yù)示著電解電容壽命的終結(jié),。通過檢查電容器上的紋波電流，可預(yù)測(cè)電容器的壽命,。本文以連續(xù)工作模式的反激變換器輸出電容分析為例,，重點(diǎn)從紋波電流角度全面分析電解電容的選型與壽命。

1,、紋波電流計(jì)算

假設(shè)已知連續(xù)工作模式的反激變換器,，其輸出電流Io為1.25A，紋波率r為1.1,，占空比D為0.62,，開關(guān)頻率為60kHz，由此可以計(jì)算次級(jí)紋波電流ΔIo和有效值電流Io.rms,。

2,、電解電容選型

由上述計(jì)算分析得到流過電容的紋波電流為1.72A，綜合考慮體積和成本,，選擇了紋波電流為1.655A的電解電容,。

該紋波電流需在電源開關(guān)頻率下選擇，如下圖某廠家電容手冊(cè)的紋波電流有頻率因子,，不同頻率下的紋波電流不同,。高頻低阻電容均會(huì)給出100kHz下的紋波電流，本設(shè)計(jì)開關(guān)頻率為60kHz,，頻率因子為0.96~1之間,，在此取1即可。

注：紋波電流還有一個(gè)溫度系數(shù),，例如105℃電容,，在85℃環(huán)境溫度下，允許的最大紋波電流約為額定最大紋波電流的1.73倍,，該參數(shù)一般不在電容手冊(cè)中體現(xiàn),。

3、紋波電流實(shí)測(cè)

測(cè)試電解電容紋波電流時(shí),，需將電容引腳穿入電流探頭中,，通過示波器可讀得交流有效值。本設(shè)計(jì)實(shí)例的紋波電流測(cè)試結(jié)果如圖3所示,，示波器讀得有效紋波電流為1.64A,，與理論設(shè)計(jì)接近。因此理論計(jì)算具有較大的工程指導(dǎo)意義,。

4,、溫度測(cè)試方法

測(cè)量容體表面溫度Ts：需在電容器側(cè)面的中間位置進(jìn)行，如果由于外部影響導(dǎo)致電容器表面溫度不均勻、不穩(wěn)定,，需綜合測(cè)量電容器表面4個(gè)點(diǎn)的溫度,，再取平均值。

測(cè)量環(huán)境溫度Tx：熱電偶需放置在離鋁殼表面20毫米左右處,，如果空間不足,，則保持最小10毫米距離，如果由于外部影響導(dǎo)致附近環(huán)境溫度不均勻,、不穩(wěn)定,，則需綜合測(cè)量4個(gè)點(diǎn)以上的溫度，再取平均值,。

5,、電解電容壽命估算

本設(shè)計(jì)，選擇的電解電容為-40~105℃,、5000小時(shí),、1.655A紋波電流的高頻低阻電解電容，最高實(shí)測(cè)環(huán)境溫度Tx為80℃,，殼體表面溫度Ts為85℃,。則其壽命估算如下步驟如下。

(1)估算實(shí)際內(nèi)核溫升： 其中：

△To為To時(shí)允許的內(nèi)核溫升,，即額定紋波電流時(shí)的電容器芯子溫升,，此次選擇的105℃電容△To為5℃，可查原廠或行業(yè)資料得到;

△Tx為實(shí)際內(nèi)核溫升;

Ix為實(shí)際紋波電流1.64A;

Io為額定紋波電流1.655A,。

(2)估算電容壽命：

其中：

Lo為額定壽命5000小時(shí);

To為最高額定工作環(huán)境溫度105℃;

Tx為實(shí)際環(huán)境溫度80℃,。

當(dāng)由于環(huán)境因素影響，Tx不易獲得時(shí),，可用Ts替代,，這可以進(jìn)一步提供安全余量保證產(chǎn)品售壽命。