开关电源的寿数很大程度遭到电解电容的限制,而电解电容的寿数取决于其内核温升。本文从纹波电流核算、纹波电流实测、电解电容选型、温度测验办法、寿数预算等方面,对电解电容作了全面的剖析。
纹波电流发生的热量引起电容的内部温升,加快电解液的蒸腾,当容值下降20%或损耗角增大为初始值的2~3倍时,预示着电解电容寿数的完结。经过查看电容器上的纹波电流,可猜测电容器的寿数。本文以接连作业形式的反激变换器输出电容剖析为例,要点从纹波电流视点全面剖析电解电容的选型与寿数。
1、纹波电流核算
假定已知接连作业形式的反激变换器,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,由此能够核算次级纹波电流ΔIo和有用值电流Io.rms。
次级纹波电流ΔIo:
有用值电流Io.rms:
终究得到流过输出电容的纹波电流:
图1直观的显现了该%&&&&&%的纹波电流波形:
图1 纹波电流波形
2、电解电容选型
由上述核算剖析得到流过电容的纹波电流为1.72A,归纳考虑体积和本钱,挑选了纹波电流为1.655A的电解电容。
该纹波电流需在电源开关频率下挑选,如下图某厂家电容手册的纹波电流有频率因子,不同频率下的纹波电流不同。高频低阻电容均会给出100kHz下的纹波电流,本规划开关频率为60kHz,频率因子为0.96~1之间,在此取1即可。
图2 电容纹波电流频率因子
注:纹波电流还有一个温度系数,例如105℃电容,在85℃环境温度下,答应的最大纹波电流约为额外最大纹波电流的1.73倍,该参数一般不在电容手册中表现。
3、纹波电流实测
测验电解电容纹波电流时,需将电容引脚穿入电流探头中,经过示波器可读得沟通有用值。本规划实例的纹波电流测验成果如图3所示,示波器读得有用纹波电流为1.64A,与理论规划挨近。因而理论核算具有较大的工程指导意义。
图3 实测电容纹波电流
4、温度测验办法
丈量容体外表温度Ts:需在电容器旁边面的中心方位进行,假如因为外部影响导致电容器外表温度不均匀、不稳定,需归纳丈量电容器外表4个点的温度,再取平均值。
丈量环境温度Tx:热电偶需放置在离铝壳外表20毫米左右处,假如空间缺乏,则坚持最小10毫米间隔,假如因为外部影响导致邻近环境温度不均匀、不稳定,则需归纳丈量4个点以上的温度,再取平均值。
图4 环境温度与外表温度丈量
5、电解电容寿数预算
本规划,挑选的电解电容为-40~105℃、5000小时、1.655A纹波电流的高频低阻电解电容,最高实测环境温度Tx为80℃,壳体外表温度Ts为85℃。则其寿数预算如下过程如下。
(1)预算实践内核温升:
其间:
△To为To时答应的内核温升,即额外纹波电流时的电容器芯子温升,此次挑选的105℃电容△To为5℃,可查原厂或职业材料得到;
△Tx为实践内核温升;
Ix为实践纹波电流1.64A;
Io为额外纹波电流1.655A。
(2)预算%&&&&&%寿数:
其间:
Lo为额外寿数5000小时;
To为最高额外作业环境温度105℃;
Tx为实践环境温度80℃。
当因为环境要素影响,Tx不易获得时,可用Ts代替,这能够进一步供给安全余量确保产品售寿数。