用降额定法计算电解电容器的寿命

图2。一个失效的电容器并不总是像这样。图片由 Frizb99提供(自己的作品)[ CC BY-SA 3.0]
定义电容器“降级”从制造商确定的第二件事是他们如何降低组件的预期寿命。一般来说，电容器(和许多其他器件)可以降级如下:

• 
  生命 _ {实际} = 生命 _ {基}乘以温度因子乘以电压因子乘以电流因子
  

• $寿命 _ {实际} $是在工作温度、电压和电流下的预期寿命。
  

• $寿命 _ {基} $$是额定温度、电压和电流下的预期寿命
  

• 温度因素: 对铝电容器和薄膜电容器来说，温度下降10摄氏度会导致预期寿命延长一倍。所以温度因子是 $2 ^ {0.1(T _ m-T _ c)} $。其中 Tm 是额定温度，Tc 是操作温度。
  

• 电压因数电压因数是由于操作电压低于最大额定电压而导致的降价。根据联合化工公司的说法，电压对铝电解电容器寿命的影响远远小于温度(除非电压超过额定最大值)
  

• currentFactorcurrentFactor是由于操作电流低于最大额定电流而导致的减价。电流对铝电容器的影响比薄膜电容器更为显著，因为它们具有更高的等效串联电阻(ESR)。由于 ESR 引起的功率损失将等于 $I { _ { cap } ^ {2}} R _ { ESR } $，所有这些功率损失将导致自加热，从而影响寿命。
  

应用寿命计算: 电容器选择的一个例子有了这个降级方程和降级因子，就有可能在电容器之间做一个适当的寿命比较。为了说明这种比较，让我们看一个特定的例子。
假设我们正在设计一个电池充电系统的 AC-DC 转换器。这个电池系统工作在400VDC，我们已经确定，我们需要一个300μF 的电容器的转换器的滤波器。经过一些研究，找到满足这些电压和电容要求的元件，也有最佳的组合尺寸和成本，我们找到了两个可能的解决方案。
我们可以使用来自 United Chemi-Con 的三个100μF 铝电容器(部件号 EKXG451ELL101MM40S)或来自 EPCOS 的四个75μF 薄膜电容器(部件号 B32798G2756K)。这两种选择之间的权衡是，铝电容器的总成本约为10美元，但额定使用寿命为10,000小时，而胶片电容器的总成本约为120美元，但额定使用寿命为60,000小时。
如果我们需要这个电池充电器持续至少四年，似乎我们将不得不选择更昂贵的选项。
降低救援等级等等！我们不必使用这个额定寿命，因为这个系统将运行在设备的额定温度和电压以下。这意味着我们可以降低预期寿命，并最终在工作温度和电压比额定寿命更长的寿命。
再一次，寿命降级计算是
生命 _ {实际} = 生命 _ {基}乘以温度因子乘以电压因子乘以电流因子
为了简单起见，我们假设电压因子和电流因子都是1(它们可能都大于1) ，并且仅根据温度降低速率。如果计算出的实际寿命仍然不够长，我们可以确定实际的电压和电流因子，以提供更准确的预期寿命。
这两个电容器的额定温度都是105 °C，所以如果工作温度估计为75 °C (对于这个系统来说是高温) ，额定温度和工作温度之间有30 °C 的差异。
这30摄氏度的差异导致预期寿命在额定寿命的三倍。换句话说，实际的预期寿命将是 $2 ^ 3 = 8 $$，是额定寿命的倍数。对于铝电子帽，这意味着预期寿命实际上将是80,000小时，这是刚刚超过9年的连续运行。
结论铝电子书被认为是寿命短、不可靠的零件。如果您只考虑额定寿命，那么这种声誉是合理的，但是操作条件通常比额定条件更有利。
这些更好的条件意味着寿命估计实际上可以增加(降级)。通过正确选择元件(注意额定温度、电压和电流) ，可以选择实际寿命远高于其额定寿命的元件。这种寿命降低可以让我们找到铝电子封盖组件，实际上可以满足预期寿命的要求，为大多数系统。

白纪龙老师从事电子行业已经有15个年头，到目前为止已开发过的产品超上百款，目前大部分都已经量产上市，从2018年开始花了5年的时间，潜心录制了上千集的实战级电子工程师系列课程，该课程从元器件到核心模块到完整产品
老白的初心是“愿天下工程师 不走弯路”
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