開關(guān)電源用電解電容的紋波電流與溫升
眾所周知，開關(guān)電源為了可靠的性能和長(zhǎng)的工作壽命，必須選用具有足夠電壓和溫度裕量的電解電容器，我們不太熟悉滿足適當(dāng)紋波電流額定值的要求。為了更好了解這個(gè)要求，應(yīng)該先了解電解電容的基本結(jié)構(gòu)。
在典型的電解電容器，兩條鋁箔帶將螺旋纏繞在吸收飽和電解液材料層之間。采用非常薄的絕緣電介質(zhì)膜，在鋁和導(dǎo)電電解液接口處形成電容，該絕緣電介質(zhì)膜是由流動(dòng)電解液中極化電壓來維持的。如果電解液開始變干，能吸收電解液分隔物的電阻會(huì)增大，電介質(zhì)開始破壞，并且電容迅速失效。
為了防止電解液的損失，電容應(yīng)具有密封的端蓋、引出導(dǎo)線以及連接導(dǎo)線。在高溫下，電解液趨向于蒸發(fā)并使外殼加壓，這些密封作為一個(gè)整體承受著很大的壓力。此外，電容在高溫下?lián)p耗會(huì)變大而導(dǎo)致失控。為了長(zhǎng)期的可靠性，電容器的溫度成為主要關(guān)心的問題。以下三個(gè)主要因素結(jié)合起來確定了電容器的內(nèi)部溫度。
1. 環(huán)境工作溫度。
2. 散熱設(shè)計(jì)和通風(fēng)環(huán)境。
3. 內(nèi)部損耗。
環(huán)境溫度是關(guān)于應(yīng)用與技術(shù)要求的內(nèi)容，它基本上是不受設(shè)計(jì)者控制的。散熱設(shè)計(jì)經(jīng)常是在設(shè)計(jì)者控制之下的一個(gè)主要因素。高溫元件的位置、布局、散熱器設(shè)計(jì)、尺寸大小和冷卻方法（強(qiáng)迫通風(fēng)或?qū)α骼鋮s）等相比內(nèi)部損耗對(duì)電解電容器的溫升有更大的影響。如果需要保持良好的平均故障間隔MTBF時(shí)間，設(shè)計(jì)者頭腦中必須一直想到電解電容器需要保持的最小熱應(yīng)力。電解電容器內(nèi)部損耗一般是相當(dāng)?shù)偷模艿诫妷簯?yīng)力、溫度，并且特別是紋波電流的影響。為了幫助開關(guān)電源的設(shè)計(jì)者，電解電容器生產(chǎn)廠家指定最大的有效紋波電流額定值作為一般指南，該值通常是在120Hz頻率和85℃或者105℃空氣溫度的條件下得出的。
在測(cè)試頻率（通常是120Hz）下，通過使電容工作在直流極化電壓和正弦紋波電流應(yīng)力下，生產(chǎn)廠家建立了這些紋波電流的額定值。被引用的數(shù)字也因此建立在有低次諧波分量的紋波電流有效值的基礎(chǔ)上，這樣在電容器內(nèi)部會(huì)造成能確定的最大內(nèi)部損耗和溫升。允許的溫升取決于電容的設(shè)計(jì)，而它的最大等級(jí)通常是8℃.由于內(nèi)部損耗而帶來的實(shí)際實(shí)際允許溫升不會(huì)經(jīng)常引用，但可以從生產(chǎn)廠家獲得。重要的是不管工作溫度是多少，都不能超出內(nèi)部損耗限制，因?yàn)樵诟呒y波電流下內(nèi)部損耗會(huì)增加，這樣可能會(huì)發(fā)生熱擊穿。
不管采用說明方法建立紋波額定值以及電容器的大小，這里推薦在最終應(yīng)用中測(cè)量溫度，因?yàn)樽罱K的溫升是由于紋波電流產(chǎn)生的內(nèi)部熱損耗、周圍元件接近效應(yīng)和熱設(shè)計(jì)共同作用的結(jié)果。與內(nèi)部熱損耗相比，附件元件的熱輻射和熱對(duì)流傳導(dǎo)將會(huì)在電容器中產(chǎn)生更大的溫升。
由于紋波電流和峰值工作溫度的影響，電容器所允許的最高溫升會(huì)隨著電容器類型不同和生產(chǎn)廠家不同而不同。在這里所用的例子中，在自由通風(fēng)的環(huán)境里，紋波電流所允許的最大溫升只有8℃（正是這種限制，供制造廠采用以限定紋波電流的額定值）。此額定值用于自由通風(fēng)環(huán)境的空氣溫度為85℃，而外殼溫度為93℃.這種方法設(shè)置了運(yùn)行時(shí)的絕對(duì)限制值，并沒有考慮溫升的原因。電容器的壽命在這個(gè)溫度時(shí)不會(huì)長(zhǎng)久的，我們推薦更低的工作溫度。
大多情況下，我們并不知道等效的電流有效值，盡管在工作頻率下該值時(shí)可以計(jì)算或測(cè)量的，但它對(duì)建立電容的最終溫升值不總是有很多幫助的。在開關(guān)模式的工作方式下，一般都存在很高的諧波分量，并且電容損耗會(huì)隨著各次諧波的頻率變化和幅值不同發(fā)生變化（并且隨著頻率的變化，等效串聯(lián)電阻是以非線性方式變化的）。所以損耗分量是與頻率有關(guān)的，這種通常情況下是不知道的。因此下面將講到的是推薦的最終測(cè)試步驟.在最終應(yīng)用中通過測(cè)量溫升確定選擇合理性：
1. 在遠(yuǎn)離其他熱效應(yīng)的影響、正常運(yùn)行的條件下來測(cè)量電容器的溫升（如果有必要的話，把電容器連接到一種短的雙絞電纜線，以遠(yuǎn)離其他元器件的熱效應(yīng)，或在發(fā)熱元件和電容器之間插入一個(gè)熱障隔離其影響）。單獨(dú)測(cè)量由于紋波電流而產(chǎn)生的電容器的溫升，并且把這個(gè)溫升與生產(chǎn)廠家的限制值進(jìn)行比較。
2. 如果因紋波電流而產(chǎn)生的溫升是可以接受的，在正常位置安裝上電容器并使電源承受最高溫度應(yīng)力和負(fù)載條件的影響。測(cè)量電容器的表面溫度，以保證它是在制造商的最高溫度限制內(nèi)，并應(yīng)測(cè)試幾個(gè)樣品。
電解電容器的長(zhǎng)期可靠的最重要參數(shù)毫無疑問是在工作環(huán)境里電容器的溫升。在高溫下，電容器的損耗迅速地增加，這增加了內(nèi)部功耗并導(dǎo)致熱擊穿。這里還沒有合適的方法可以替代成品的性能和溫升的測(cè)量。
在典型的電解電容器，兩條鋁箔帶將螺旋纏繞在吸收飽和電解液材料層之間。采用非常薄的絕緣電介質(zhì)膜，在鋁和導(dǎo)電電解液接口處形成電容，該絕緣電介質(zhì)膜是由流動(dòng)電解液中極化電壓來維持的。如果電解液開始變干，能吸收電解液分隔物的電阻會(huì)增大，電介質(zhì)開始破壞，并且電容迅速失效。
為了防止電解液的損失，電容應(yīng)具有密封的端蓋、引出導(dǎo)線以及連接導(dǎo)線。在高溫下，電解液趨向于蒸發(fā)并使外殼加壓，這些密封作為一個(gè)整體承受著很大的壓力。此外，電容在高溫下?lián)p耗會(huì)變大而導(dǎo)致失控。為了長(zhǎng)期的可靠性，電容器的溫度成為主要關(guān)心的問題。以下三個(gè)主要因素結(jié)合起來確定了電容器的內(nèi)部溫度。
1. 環(huán)境工作溫度。
2. 散熱設(shè)計(jì)和通風(fēng)環(huán)境。
3. 內(nèi)部損耗。
環(huán)境溫度是關(guān)于應(yīng)用與技術(shù)要求的內(nèi)容，它基本上是不受設(shè)計(jì)者控制的。散熱設(shè)計(jì)經(jīng)常是在設(shè)計(jì)者控制之下的一個(gè)主要因素。高溫元件的位置、布局、散熱器設(shè)計(jì)、尺寸大小和冷卻方法（強(qiáng)迫通風(fēng)或?qū)α骼鋮s）等相比內(nèi)部損耗對(duì)電解電容器的溫升有更大的影響。如果需要保持良好的平均故障間隔MTBF時(shí)間，設(shè)計(jì)者頭腦中必須一直想到電解電容器需要保持的最小熱應(yīng)力。電解電容器內(nèi)部損耗一般是相當(dāng)?shù)偷模艿诫妷簯?yīng)力、溫度，并且特別是紋波電流的影響。為了幫助開關(guān)電源的設(shè)計(jì)者，電解電容器生產(chǎn)廠家指定最大的有效紋波電流額定值作為一般指南，該值通常是在120Hz頻率和85℃或者105℃空氣溫度的條件下得出的。
在測(cè)試頻率（通常是120Hz）下，通過使電容工作在直流極化電壓和正弦紋波電流應(yīng)力下，生產(chǎn)廠家建立了這些紋波電流的額定值。被引用的數(shù)字也因此建立在有低次諧波分量的紋波電流有效值的基礎(chǔ)上，這樣在電容器內(nèi)部會(huì)造成能確定的最大內(nèi)部損耗和溫升。允許的溫升取決于電容的設(shè)計(jì)，而它的最大等級(jí)通常是8℃.由于內(nèi)部損耗而帶來的實(shí)際實(shí)際允許溫升不會(huì)經(jīng)常引用，但可以從生產(chǎn)廠家獲得。重要的是不管工作溫度是多少，都不能超出內(nèi)部損耗限制，因?yàn)樵诟呒y波電流下內(nèi)部損耗會(huì)增加，這樣可能會(huì)發(fā)生熱擊穿。
不管采用說明方法建立紋波額定值以及電容器的大小，這里推薦在最終應(yīng)用中測(cè)量溫度，因?yàn)樽罱K的溫升是由于紋波電流產(chǎn)生的內(nèi)部熱損耗、周圍元件接近效應(yīng)和熱設(shè)計(jì)共同作用的結(jié)果。與內(nèi)部熱損耗相比，附件元件的熱輻射和熱對(duì)流傳導(dǎo)將會(huì)在電容器中產(chǎn)生更大的溫升。
由于紋波電流和峰值工作溫度的影響，電容器所允許的最高溫升會(huì)隨著電容器類型不同和生產(chǎn)廠家不同而不同。在這里所用的例子中，在自由通風(fēng)的環(huán)境里，紋波電流所允許的最大溫升只有8℃（正是這種限制，供制造廠采用以限定紋波電流的額定值）。此額定值用于自由通風(fēng)環(huán)境的空氣溫度為85℃，而外殼溫度為93℃.這種方法設(shè)置了運(yùn)行時(shí)的絕對(duì)限制值，并沒有考慮溫升的原因。電容器的壽命在這個(gè)溫度時(shí)不會(huì)長(zhǎng)久的，我們推薦更低的工作溫度。
大多情況下，我們并不知道等效的電流有效值，盡管在工作頻率下該值時(shí)可以計(jì)算或測(cè)量的，但它對(duì)建立電容的最終溫升值不總是有很多幫助的。在開關(guān)模式的工作方式下，一般都存在很高的諧波分量，并且電容損耗會(huì)隨著各次諧波的頻率變化和幅值不同發(fā)生變化（并且隨著頻率的變化，等效串聯(lián)電阻是以非線性方式變化的）。所以損耗分量是與頻率有關(guān)的，這種通常情況下是不知道的。因此下面將講到的是推薦的最終測(cè)試步驟.在最終應(yīng)用中通過測(cè)量溫升確定選擇合理性：
1. 在遠(yuǎn)離其他熱效應(yīng)的影響、正常運(yùn)行的條件下來測(cè)量電容器的溫升（如果有必要的話，把電容器連接到一種短的雙絞電纜線，以遠(yuǎn)離其他元器件的熱效應(yīng)，或在發(fā)熱元件和電容器之間插入一個(gè)熱障隔離其影響）。單獨(dú)測(cè)量由于紋波電流而產(chǎn)生的電容器的溫升，并且把這個(gè)溫升與生產(chǎn)廠家的限制值進(jìn)行比較。
2. 如果因紋波電流而產(chǎn)生的溫升是可以接受的，在正常位置安裝上電容器并使電源承受最高溫度應(yīng)力和負(fù)載條件的影響。測(cè)量電容器的表面溫度，以保證它是在制造商的最高溫度限制內(nèi)，并應(yīng)測(cè)試幾個(gè)樣品。
電解電容器的長(zhǎng)期可靠的最重要參數(shù)毫無疑問是在工作環(huán)境里電容器的溫升。在高溫下，電容器的損耗迅速地增加，這增加了內(nèi)部功耗并導(dǎo)致熱擊穿。這里還沒有合適的方法可以替代成品的性能和溫升的測(cè)量。
保定市四北電子有限公司具有卓越的產(chǎn)品性能、優(yōu)良的品質(zhì)、高可靠的電源設(shè)計(jì)，并提供定制開關(guān)電源服務(wù)�，F(xiàn)已形成幾大系列產(chǎn)品：開關(guān)電源系列、逆變電源系列、充電電源系列、備用電源系列等產(chǎn)品。提供AC/DC、DC/DC、DC/AC基板式、模塊式、嵌入式等各種形式專用電源。
主要電源類別有：電力自動(dòng)化設(shè)備專用電源；通訊領(lǐng)域?qū)Ｓ秒娫�；電力測(cè)試儀器專用電源；機(jī)車控制系統(tǒng)電源：高壓激光電源；浮充電電源；UPS電源；伺服式交流穩(wěn)壓電源；ZDD系列20W∽3KW逆變電源。http://m.mdjyxy.cn
| 【上一個(gè)】 開關(guān)電源可靠性設(shè)計(jì)研究 | 【下一個(gè)】 開關(guān)電源廠家詳解不同電源供電的電路橋接的有效方法 |
| ^ 開關(guān)電源用電解電容的紋波電流與溫升 |