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电解电容使用寿命和使用安全的分析资料下载
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2021-03-31
陈文博
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作为电子产品的重要部件电解电容，在开关电源中起着不可或缺的作用，它的使用寿命和工作状况与开关电源的寿命息息相关。
在大量的生产实践与理论探讨中，当开关电源中电容发生损坏，特别是电解电容冒顶，电解液外溢时，电源厂家怀疑电容质量有问题，而电容厂家说电源设计不当，双方争执不下。
以下就电解电容的使用寿命和使用安全作些分析,给电子工程师提供一些判断依据。
1、阿列纽斯(Arrhenius)
1.1 阿列纽斯方程
阿列纽斯方程是用来描述化学物质反应速率随温度变化关系的经验公式。电解电容内部是由金属铝等和电解液等化学物质组成的,所以电解电容的寿命与阿列纽斯方程密切相关。
阿列纽斯方程公式： k=Ae－Ea/RT 或lnk=lnA—Ea／RT (作图法)
●K 化学反应速率
●R 为摩尔气体常量
●T 为热力学温度
●Ea 为表观活化能
●A 为频率因子
1.2 阿列纽斯结论
根据阿列纽斯方程可知,温度升高，化学反应速率（寿命消耗）增大，一般来说，环境温度每升高10℃，化学反应速率(K 值) 将增大2-10 倍，即电容工作温度每升高10℃，电容寿命减小一倍,电容工作温度每下降10℃，其寿命增加一倍，所以,环境温度是影响电解电容寿命的重要因素。
2、电解电容使用寿命分析
1)公式:
根据阿列纽斯方程结论可知，电解电容使用寿命计算公式如下：
●L 环境温度为T 时电解电容使用寿命（hour）
●L0 最大温度时电解电容的额定寿命(hour)
●T0 电解电容额定最高使用温度（deg℃）
●T 环境温度（deg℃）
●T0-T 温升（deg℃）
2)分析:
根据公式(1)可知
当电解电容工作温度在最高使用温度工作时(即T0=T)时,由公式(1)计算得到电解电容最小使用寿命为L=L0×20=L0即等于额定寿命,比如 8000小时，8000/8760=0.9年。
当电解电容工作温度低于最高使用温度10℃时,由公式(1)计算得到电解电容使用寿命为L=L0×2[T0-(T0-10℃）]/10℃=L0×21即等于额定寿命的2倍,即16000小时,16000/8760=1.8264年。
可见,电解电容使用寿命计算公式符合阿列纽斯方程结论
3、电解电容使用寿命计算
在电子产品中，影响电解电容寿命的因素有环境温度T 和纹波电流Irms。
电容承担的负载功率与纹波电流成正比，负载越大，纹波电流越大(电解充放电越深)，内部氧化膜分解时发热越厉害，修补时电解液消耗越多。见图1
纹波电流越大引起的发热越大，所以纹波电流引起的发热在电解电容寿命计算中要考虑。
3.1 纹波电流计算
1)电容容量
2)充电时间
3)放电时间
4)充电电流
5)放电电流
6)纹波电流
3.2 功率损耗计算得到
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