影响电解电容寿命的因素
关于影响APC秀康系列40KV AUPS电容容值下降的原因分析报告
贵部门的APC秀康系列40KV A-UPS中的BUS总线电路中的核心部件铝电解电容，主要是用于平滑、储存能量和整流后的滤波。
经检测正BUS总线电容为4850UF，平均值才达到1212UF，而准确值为2000UF到2200UF之间。目前只能达到55%左右。负BUS总线电容为5200UF平均值才达到1300UF，而准确值为2000UF到2200UF之间。目前只能达到60%左右。因此影响整机的帯载功率和其他部件的温升升高和加速部件的老化。从而影响其他部件的寿命，也造成电容恶性循环容值下降的重要原因。而影响电容容值下降和老化的因素如下：
1.电解电容的寿命取决于其内部温度。
从APC秀康系列UPS的设计角度，安装工艺及电容的底部没有安装散热器，只简单的用固定支架固定，影响了电容的寿命和稳定性。而对UPS电源来讲，使用电压、纹波电流、开关频率、安装形式、散热方式等都影响电解电容的寿命。
2.BUS总线上瞬间浪涌电压导致电解电容的非正常失效
如极低的温度，电容温升（环境温度，交流纹波），过高的电压，瞬时电压，甚高频或反偏压；其中温升是对电解电容工作寿命(Lop)影响最大的因素。这些因素引起电解电容失效和容值下降。
电容的导电能力由电解液的电离能力和粘度决定。当温度降低时，电解液粘度增加，因而离子移动性和导电能力降低。当电解液冷冻时，离子移动能力非常低以致非常高的电阻。相反，过高的热量将加速电解液蒸发，当电解液的量减少到一定极限时，电容寿命也就终止了。在高寒地区（一般－25℃以下）工作时，就需要进行加热，保证电解电容的正常工作温度。如室外型UPS，在我国东北地区都配有加热板。
电容器在过压状态下容易被击穿，而实际应用中的浪涌电压和瞬时高电压是经常出现的。尤其我国幅员辽阔，各地电网复杂，因此，交流电网很复杂，经常会出现超出正常电压的30%，在额定电压的1.34倍电压下，2小时后电容会出现漏液冒气，顶部冲开。根据统计和分析，与电网接近的通信开关电源PFC或BUS输出电解电容的失效，主要是由于电网浪涌和高压损坏。
3 .电解液影响寿命分析
电容正常的失效，电解电容的寿命与温度有指数级的关系。因使用非固态电解液，电解电容的寿命还取决于电解液的蒸发速度，由此导致的电气性能降低。这些参数包括电容的容值，漏电流和等效串联电阻（ESR）。
参考RIFA公司预计寿命的公式：
PLOSS = (IRMS)2x ESR（1）
Th = Ta + PLOSS x Rth（2）
Lop = A x 2Hours（3）
B = 参考温度值（典型值为85 ℃）
A = 参考温度下的电容寿命（根据电容器直径的不同而变化）
C = 导致电容寿命减少一半所需的温升度数
从上面的公式中，我们可以明显的看到，影响电解电容寿命的几个直接因素：纹波电流(IRMS)和等效串联电阻值（ESR）、环境温度（Ta）、从热点传递到周围环境的总的热阻（Rth）。电容内部温度最高的点，叫热点温度（Th）。热点温度值是影响电容工作寿命的主要因素。而下列因素又决定了热点温度值实际应用中的外界温度（环境温度Ta）, 从热点传递到周围环境的总的热阻（Rth）和由交流电流引起的能量损耗（PLOSS）。电容的内部温升与能量损耗成线形关系。
电容充放电时，电流在流过电阻时会引起能量损耗，电压的变化在通过电介质时也会引起能量损耗，再加上漏电流造成的能量损耗，所有的这些损耗导致的结果是电容内部温度升高。
4.影响寿命的应用因素
根据寿命公式，可以得出影响寿命的应用因素为：纹波电流(IRMS)、环境温度（Ta）、从热点传递到周围环境的总的热阻（Rth）。
1.纹波电流
由于该APC秀康系列UPS的散热通道堵塞造成噪音大，热损耗增大，致使纹波电流的变大大，直接影响电解电容内部的热点温度。
2.环境温度（Ta）和热阻（Rth）
电容器内部的热量，总是从温度最高的“热点”向周围温度相对较低的部分传导。热量传递的途径有几种：其一是通过铝箔和电解液传导。如果电容被安装在散热片上，一部分热量还将通过散热片传递到环境中。不同的安装方式和间距和散热方式都将影响电容到环境的热阻。从“热点”传递到周围环境中的总热阻用Rth 来表示。采用夹片安装，将电容安装在热阻为2℃/W的散热片上，所得到的电容热阻值Rth= 3.6℃/W；采用螺栓安装方式，将电容安装在热阻为2℃/W散热片上、强迫风冷速率为2m/s时，所得到的电容热阻值Rth= 2.1℃/W。（以PEH200OO427AM 型电容为例，环境周围温度为85℃）。
3.频率的影响
电容的谐振频率(fR)，对于焊片式和螺栓连接式铝电解电容，谐振频率在1.5kHz至150kHz之间。如果电容器在高于谐振频率时使用，对外特性呈感性。而秀康系列的安装位置刚好对准逆变器模块的，逆变器的开关频率影响电容的正常使用寿命。
综上所叙，各种条件因素都有不相程度的影响容值下降，而电容的本身寿命也是有限的，贵部门的UPS使用近十年啦除了内部环境温度影响较大之外，内部的其他因素也是属于正常的影响。基本上电容的MTBF值也属于正常老化现象。
MTBF寿命计算公式
寿命计算公式 MTBF （平均间隔失效时间）预估 概述 MTBF之计算系依据军用手册MIL-HDBK-217F “电子设备之可靠性预估” 来 进行，此部份涵盖了电子零件实际的应力关系、失效率。MIL-HDBK-217 的基 本版本将保持不变，只有失效率的资料会更新。在评估过程之前，应确定各元 器件的相关特性（如基本失效率、质量等级，环境等级等等）。 定义 “MTBF”的解释为“平均间隔失效时间”而MTBF是由MIL-HDBK- 217E.F计算，以25 C环境温度为参考温度。 电解电容寿命预测 Rubycon 品牌的电解电容的寿命计算公式 L X=Lr X2【（T°-Tx）/1°】X2（A r s/Ao- A Tj/A） L X预测寿命（Hr）, Lr：制造商承诺的在最高工作温度（To）及额定纹波电流（Io）下的寿命， To：最高工作温度一105C或85C, Tx:实际外壳温度（C）, △Ts：额定纹波电流（Io）下的电解电容中心温升「C）, △Tj:实际纹波电流（lx）下的电解电容中心温升（C）, A: A= 10 —0.25XZTj,（0 Io：额定的纹波电流值（Arms）, R:电解电容的等效串连阻抗（Q）, S:电解电容的表面积（cm2）, S=dDX（D+ 4L）/4 , B：热辐射常数，一般取3= 2.3 X1O-3XS0.2, D:电解电容的截面积的直径（cm）, L:电解电容的高度（cm）, nichicon品牌的电解电容的寿命计算公式 2 L X= Lr X2【（To-Tx）/10] x21-（Ix/Io ）/K, K:温升加速系数，二10—6X（Tx—75 C）/30 （Tx W75C 时，K 值 取 10） 其余字符的表达含意同上。 其余品牌的电解电容的寿命计算公式 2 b= L r X2【（To-Tx）/10]眾1-（Ix/Io ） ] XZTo/10 △To：最高工作温度下的电解电容中心容许温升（取△T o= 5C）, K= 2,纹波电流允许的范围内；K= 4,超过纹波电流允许的范围时。 关于影响APC秀康系列40KV AUPS电容容值下降的原因分析报告 贵部门的APC秀康系列40KV A-UPS中的BUS总线电路中的核心部件铝电解电容，主要是用于平滑、储存能量和整流后的滤波。 经检测正BUS总线电容为4850UF，平均值才达到1212UF，而准确值为2000UF到2200UF之间。目前只能达到55%左右。负BUS总线电容为5200UF平均值才达到1300UF，而准确值为2000UF到2200UF之间。目前只能达到60%左右。因此影响整机的帯载功率和其他部件的温升升高和加速部件的老化。从而影响其他部件的寿命，也造成电容恶性循环容值下降的重要原因。而影响电容容值下降和老化的因素如下： 1.电解电容的寿命取决于其内部温度。 从APC秀康系列UPS的设计角度，安装工艺及电容的底部没有安装散热器，只简单的用固定支架固定，影响了电容的寿命和稳定性。而对UPS电源来讲，使用电压、纹波电流、开关频率、安装形式、散热方式等都影响电解电容的寿命。 2.BUS总线上瞬间浪涌电压导致电解电容的非正常失效 如极低的温度，电容温升（环境温度，交流纹波），过高的电压，瞬时电压，甚高频或反偏压；其中温升是对电解电容工作寿命(Lop)影响最大的因素。这些因素引起电解电容失效和容值下降。 电容的导电能力由电解液的电离能力和粘度决定。当温度降低时，电解液粘度增加，因而离子移动性和导电能力降低。当电解液冷冻时，离子移动能力非常低以致非常高的电阻。相反，过高的热量将加速电解液蒸发，当电解液的量减少到一定极限时，电容寿命也就终止了。在高寒地区（一般－25℃以下）工作时，就需要进行加热，保证电解电容的正常工作温度。如室外型UPS，在我国东北地区都配有加热板。 电容器在过压状态下容易被击穿，而实际应用中的浪涌电压和瞬时高电压是经常出现的。尤其我国幅员辽阔，各地电网复杂，因此，交流电网很复杂，经常会出现超出正常电压的30%，在额定电压的1.34倍电压下，2小时后电容会出现漏液冒气，顶部冲开。根据统计和分析，与电网接近的通信开关电源PFC或BUS输出电解电容的失效，主要是由于电网浪涌和高压损坏。 3 .电解液影响寿命分析 电容正常的失效，电解电容的寿命与温度有指数级的关系。因使用非固态电解液，电解电容的寿命还取决于电解液的蒸发速度，由此导致的电气性能降低。这些参数包括电容的容值，漏电流和等效串联电阻（ESR）。 参考RIFA公司预计寿命的公式： PLOSS = (IRMS)2x ESR（1） Th = Ta + PLOSS x Rth（2） Lop = A x 2Hours（3） B = 参考温度值（典型值为85 ℃） A = 参考温度下的电容寿命（根据电容器直径的不同而变化） C = 导致电容寿命减少一半所需的温升度数 从上面的公式中，我们可以明显的看到，影响电解电容寿命的几个直接因素：纹波电流(IRMS)和等效串联电阻值（ESR）、环境温度（Ta）、从热点传递到周围环境的总的热阻（Rth）。电容内部温度最高的点，叫热点温度（Th）。热点温度值是影响电容工作寿命的主要因素。而下列因素又决定了热点温度值实际应用中的外界温度（环境温度Ta）, 从热点传递到周围环境的总的热阻（Rth）和由交流电流引起的能量损耗（PLOSS）。电容的内部温升与能量损耗成线形关系。 电容充放电时，电流在流过电阻时会引起能量损耗，电压的变化在通过电介质时也会引起能量损耗，再加上漏电流造成的能量损耗，所有的这些损耗导致的结果是电容内部温度升高。 4.影响寿命的应用因素 电解电容寿命分析： 以下均为简要说明，如有不同看法，请直接点评，同时也为众多LED电源制造商找到一个长寿命的理由。哪些地方不对，请多指教！ 我们说一个电解的额定寿命多少小时，都是在其额定参数相同的工作环境下的实际寿命。同时也是设计寿命。 主要影响电解电容寿命的因素有以下几点：环境温度、电压、纹波电流、频率。 1、频率，首先请断定，使用的电解电容为高频电解电容。保证在频率一项不影响您电源的实际工作频率。 2、纹波电流：这个参数在电解规格书里可以查到额定的纹波电流，按照电源本身的纹波电流来选用合适的电解。 以上2项要考虑参数的余量，一般按照1.5倍计算足以。 下面是影响寿命的主要参数 3、环境温度：按照目前最普遍的电容寿命估算方法，实际工作温度比电容额定温度低10度，寿命增加1倍的理论。 额定温度105度，而实测温度为65度105-65=40度也就增加4倍。我们选用额定1万小时的电解电容，即95度时2万小时，85度时4万小时，75度时 8万小时，65度时16万小时，这16万小时暂时先记在这里。 4、工作电压：我们选用的电解额定为63V，实际工作37.2V，我们可以肯定寿命比额定要长，至于长了多少，我们先不管。 以上参数均为我公司的电解选用原则。 再分析一下电解电容的性能衰减特性。 我们说的一个电解电容的寿命结束了，其实并不是所有功能全部失效，而是开始衰减，直到满足不了电解在电路中所起到的作用。那么我们就要看电解在实际电路中所起到的作用，我先说2种用途，1是在PFC电路中，一个是在电源输出端做滤波使用，当电解性能衰减时，PF值会降低，但是即使降低到0.5（不加PFC电路），电源也是一样在工作，输出电流和电压丝毫不会受到影响。而做在输出端作为处理纹波的情况也是一样，只是输出纹波不断增大而已，而这个纹波对LED的确有很大影响，但是绝对不会立刻使LED失效。 所以，综上说述，我们做电源的要做到以下2点： 1、选用正品知名品牌的电解电容 2、设计电路时，充分考虑实际工作参数与电解参数的余量（转载） 电容器的实际使用寿 命 对电力电容器的实际使用寿命与使用条件的关系作了分析，找出了影响电容器实际使用寿命的因素，并提出了相应的解决办法。 关键词：电力电容器；使用寿命；使用条件 1 前言 电力电容器的实际使用寿命一直是广大用户和制造厂共同关心的。电力电容器的制造厂家是按照所生产的电容器能在国家标准和相关技术条件规定的使用条件下90％的产品能可靠地运行20～30年的要求进行设计、生产的。但实际情况是，同样的电容器由于实际的使用条件不同，其实际的使用寿命相差悬殊，为此有必要对此作一些分析。 2 电容器在电网中实际的连续工作电压与使用寿命的关系 众所周知在电容器介质上的额定工作场强与其它电器相比是比较高的。所以在我国GB/T11024．1-2001中明确规定，电容器的额定工作电压是电容器容许在电网中连续工作的最高电压。如果电容器在标准规定的额定电压及以下运行，电容器产品90％能可靠地在网上运行20年，如果在高于其额定电压的电压下连续运行，电容器的实际使用寿命就将大大缩短，可靠性也将因电老化而下降。电力电容器的实际使用寿命与实际工作电压的关系通常可以用式(1)表示： tN=tp(Up/UN)a (1) 式中：tN--电容器的额定寿命(设tN＝20年)。 tP一电容器的实际使用寿命。 Up一电容器在电网中的实际连续工作电压。 UN一电容器的额定电压。 a--系数，对于全膜电容器a=9 通过式(1)，我们可以分别求出在不同的实际工作电压Up，下电容器的实际使用寿命tp，见表1和图1。 从表1和图1中可以看出，如果电容器在高于其额定电压的电压下长期连续地运行，由于电老化的作用其实际使用寿命的就会大大缩短。虽然，电容器是可以在高于其额定电压的电压，例如：1．03UN，1．05UN，1．1UN下作非连续的几个小时的运行，但决不能在高于其额定电压的电压下作连续长期的运行，不然将大大缩短电容器的实际使用寿命和可靠性，是得不偿失的。对此，希望能引起广大电容器用户的注意，千万不要使电容器在高于其额定电压的电压下连续运行。 3 电容器的使用寿命与环境温度的关系 在每一台电容器的标牌上都标有其温度类别，例如："-40／A"，这就表示这台电容器可以投入电网运行的最低环境温度是-40℃。而这台电容器可以连续运行的最高环境温度为：lh平均最高温度为40℃，24h平均最高温度为30℃，年平均最高温度为20℃。这是因为在低温下，电容器内部浸渍剂的粘度增大，内部电压降低，电容器耐电能力下降。在低于其允许最低温度的温度下投入运行，很可能会在电容器内部引发局部放电，从而加速其电老化而降低电容器的实际使用寿命。而另一方面，如果电容器长期在高于其最高允许的温度下运行，又会加速电容器的热老化。因而一方面要选用其温度类别与实际的运行环 铝电解电容的寿命 电源产品中经常用到铝电解电容，他的寿命往往决定了整个产品的寿命。因此，了解如何计算铝电解电容的寿命很有必要。下面将我的一些心得整理出来，供大家参考。希望有助于提高国人的知识水平。说白了很简单，只不过很多人找不到相关的资料而已。同时也希望学校的教材中能够近早讲解相关知识。我尽量少翻译，因为我的语言能力及相关的专业术语还不行。仅供参考。 Chapter 1铝电解电容的特性 1.1 Circuit model （等效模型） The following circuit models the al uminium electrolytic capacitor’s normal operation as well as the over voltage and reverse voltage behavior. （此模型包含正常运行，过压，反压时的特性） C A C c R P ESR L D = Anode capacitance (阳极电容) = Cathode capacitance(阴极电容) = Parallel resistance, due to dielectric (并联电阻) = Series resistance, as a result of connections, paper, electrolyte, ect. 等效串联电阻= Winding inductance and connections 等效串联电感 = Over and reverse voltage 等效稳压管 The capacitance Ca and Cc are the capacitance of the capacitor and is frequency and temperature depended. （Ca and Cc，它的容量是频率及温度的函数） The resistance ESR is the equivalent series resistance which is frequency and temperature depended. It also increases with the rated voltage. （ESR是频率及温度的函数，随着额定电压的增加而增加） The inductance L is the equivalen t series inductance, and it’s independent for both frequency and temperature. It increases with terminal spacing. （L是频率及温度的函数） The resistance Rp is the equivalent parallel resistance and accounts for leakage current in the capacitor. It decreases with increasing the capacitance, temperature and voltage and it increases with time. （Rp的大小决定了漏电流的大小，随着容量温度电压的增加而降低，随着使用时间的延长而增加） The zener diode D models the over voltage and reverse voltage behavior. Application of over voltage on the order of 50 V beyond the cap acitor’s surge voltage rating causes high。（D模拟过压及加反向电压时特性）Leakage current and a constant voltage-operating mode quite like the reverse conduction of a zener diode. Applications of reverse voltage much beyond 1.5 V causes high leakage current quite like the forward conduction of a diode. Neither of these operating modes can be maintained for long because hydrogen gas is produced, and the pressure built up will cause failure. （加到电容两端的反向电压不能大于1.5V） 1.2 Capacitance （电容的容量） The rated capacitance is the nominal capacitance and it is specified at 120 Hz and a temperature of 25°C. Capacitance is a measure of the energy storage capability of a capacitor at a given voltage. （额定容量：标称电压，120Hz, 25°C时测量）。 The capacitance decreases under load conditions and increases under no load conditions over time. When 寿命计算式 寿命计算式 寿命计算式 Electrolytic Capacitor Ripple Current Derating Test Method and Life Time Evaluation From：郭雪松 Date：Oct-27-04 一．SPEC 1.电解电容零件工程规格书中之Standard Rating表格，其中规定了不同规格的电解电容Rated Ripple Current值，例如：Sharp机种PWPC C904(滤波电容) 67L215L-820-15N (CNN公司KXG Series) 2.此电容用于电源输入端滤波，因此采用120Hz时的Rated Ripple Current规格715mA。 3.而用于评估电解电容Ripple Current之Spec要依据以下公式： SPEC=Spec（component）×频率系数（FM）×温度系数（TM）注：FM/TM取值方法见附表 4.OTPV 评估电解电容Ripple Current的Derating规格为85％，因此测试值 线电流的有效值（rms），测试时要调整输入电压值（90V～264V）达到纹波电流最大。见图示： Irms 三．附表（FM&TM取值方法）：NCC公司产品为例 1.Multiplying Factors on KMG Series（radial lead type） Frequency Multipliers Temperature Multipliers 2. Multiplying Factors on KY Series Frequency Multipliers 电容相关知识 电容的潜在危险及安全性 在电容充电后关闭电源，电容内的电荷仍可能储存很长的一段时间。此电荷足以产生电击，或是破坏相连结的仪器。一个抛弃式相机闪光模组由1.5V AA 干电池充电，看似安全，但其中的电容可能会充电到300V，300V 的电压产生的电击会使人非常疼痛，甚至可能致命。 许多电容的等效串联电阻 (ESR) 低，因此在短路时会产生大电流。在维修具有大电容的设备之前，需确认电容已经放电完毕。为了安全上的考量，所有大电容在组装前需要放电。若是放在基板上的电容器，可以在电容器旁并联一泻放电阻(bleeder resistor)。在正常使用的，泄放电阻的漏电流小，不会影响其他电路。而在断电时，泄放电阻可提供电容放电的路径。高压的大电容在储存时需将其端子短路，以确保其储存电荷均已放电，因为若在安装电容时,若电容突然放电，产生的电压可能会造成危险。 大型老式的油浸电容器中含有多氯联苯(poly-chlorinated biphenyl)，因此丢弃时需妥善处理，若未妥善处理，多氯联苯会进入地下水中，进而污染饮用水。多氯联苯是致癌物质，微量就会对人体造成影响。若电容器的体积大，其危险性更大，需要格外小心。新的电子零件中已不含多氯联苯。 在高电压和强电流下工作的电容有着超出一般的危险。 高电压电容在超出其标称电压下工作时有可能发生灾难性的损坏。绝缘材料的故障可能会导致在充满油（通常这些油起隔绝空气的作用）的小单元产生电弧致使绝缘液体蒸发，引起电容凸出、破裂甚至爆炸，而爆炸会将易燃的油弄的到处都是、起火、损坏附近的设备。硬包装的圆柱状玻璃或塑料电容比起通常长方体包装的电容更容易炸裂，而后者不容易在高压下裂开。 被用在射频电路中和长期在强电流环境工作的电容会过热，特别是电容中心的卷筒。即使外部环境温度较低，但这些热量不能及时散发出去，集聚在内部可能会迅速导致内部高热从而导致电容损坏。 在高能环境下工作的电容组，如果其中一个出现故障，使电流突然切断，其他电容中储存的能量会涌向出故障的电容，这就即有可能出现猛烈的爆炸。 高电压真空电容即使在正确的使用时也会发出一定的X射线。适当的密封、熔融（fusing）和预防性的维护会帮助减少这些潜在的危险。 电解电容寿命分析 像其它电子器件应用一样 , 电解电容同样遵循一种被称为“Bathtub Curve”的失效率曲线。 其表征的是一种普遍的器件（设备）失效率趋势。但在实际应用中，电解电容的设计可靠性一般以其实际应用中的期望寿命（ Expected Life ）作为参考。这种期望寿命表达的是一种磨损失效（ wear-our failure ）。如下图所示，在利用威布尔概率纸（ Weibull Probability Paper ）对电解电容的失效率进行分析时可看到在某一使用期后其累进失效率曲线 (Accumulated Fallure Rate) 斜率要远大于 1 ，这说明了电解电容的失效模式其实为磨损失效所致。 影响电解电容寿命的因素可分为两大部分： 1) 电容本身之特性。其中包括制造材料（极片、电解液、封口等）选择及配方，制造工艺及技术（封口方式、散热技术等）。 2) 电容设计应用环境（环境温度、散热方式、电压电流参数等）。 电容器件一旦选定，寿命计算其实可归结为自身损耗及热阻参数的求取过程。 1 、寿命评估方式 电解电容生命终结一般定义为电容量 C 、漏电流（ I L）、损耗角（ tan δ）这三个关键参数之一的衰退超出一定范围的时刻。在众多的寿命影响因素中，温升是最关键的一个。而温升又是使用损耗的表现，故额定寿命测试往往被定为“在最大工作温度条件下（常见的有 85degC 及 105degC ），对电容施以一定的 DC 及 AC 纹波后，电容关键参数电容量 C 、漏电流（ IL ）、损耗角（ tan ）的衰竭曲线”。如下图所示： 2 、环境温度与寿命的关系 一般地（并非绝对），当电容在最大允许工作环境温度以下工作时（一般最低到 + 40degC 的温度范围），电解电容的期望寿命可以根据阿列纽斯理论（ Arrhenius theory ）进行计算。该理论认为电容之寿命会随温度每十摄氏度的上升而减半（每上升十摄氏度将在原基础上衰减一半）。从而可以得到如下寿命曲线以及用于计算寿命的环境温度函数 f(T )： 环境温度函数 f(T ) ： 在一些纹波电流很小以致其在 ESR 上损耗引起的温升远远小于环境温度的作用时（例如与几乎无纹波的 DC 电源并联使用），即可认为电容器里面的热点温度与环境温度相等。一般可以按下式进行寿命计算： L OP=LoXf(t) 1 影响电解电容寿命的因素 电解电容的寿命取决于其内部温度。因此，电解电容的设计和应用条件都会影响到电解电容的寿命。从设计角度，电解电容的设计方法、材料、加工工艺决定了电容的寿命和稳定性。而对应用者来讲，使用电压、纹波电流、开关频率、安装形式、散热方式等都影响电解电容的寿命。 2 电解电容的非正常失效 一些因素会引起电解电容失效，如极低的温度，电容温升（焊接温度，环境温度，交流纹波），过高的电压，瞬时电压，甚高频或反偏压；其中温升是对电解电容工作寿命(Lop)影响最大的因素。 电容的导电能力由电解液的电离能力和粘度决定。当温度降低时，电解液粘度增加，因而离子移动性和导电能力降低。当电解液冷冻时，离子移动能力非常低以致非常高的电阻。相反，过高的热量将加速电解液蒸发，当电解液的量减少到一定极限时，电容寿命也就终止了。在高寒地区（一般－25℃以下）工作时，就需要进行加热，保证电解电容的正常工作温度。 电容器在过压状态下容易被击穿。电解电容的电压选择一般进行二级降额，降到额定值的80％使用较为合理。 3 寿命影响因素分析 除了非正常的失效，电解电容的寿命与温度有指数级的关系。因使用非固态电解液，电解电容的寿命还取决于电解液的蒸发速度，由此导致的电气性能降低。这些参数包括电容的容值，漏电流和等效串联电阻，影响电解电容寿命的几个直接因素：纹波电流(IRMS)和等效串联电阻值（ESR）、环境温度（Ta）、从热点传递到周围环境的总的热阻（Rth）。电容内部温度最高的点，叫热点温度（Th）。热点温度值是影响电容工作寿命的主要因素。而下列因素又决定了热点温度值实际应用中的外界温度（环境温度Ta）, 从热点传递到周围环境的总的热阻（Rth）和由交流电流引起的能量损耗（PLOSS）。电容的内部温升与能量损耗成线形关系。 电容充放电时，电流在流过电阻时会引起能量损耗，电压的变化在通过电介质时也会引起能量损耗，再加上漏电流造成的能量损耗，所有的这些损耗导致的结果是电容内部温度升高。 电解液通过密封垫的蒸发决定了长寿命的电解电容工作时间。当电容的电解液蒸发到一定程度，电容将最终失效（这个结果会因内部温升而加速）。同时存放的时间越长，质量下降的比例越大。 电容寿命计算方法: Lx＝L0(或者LR)*KT*KR1(或者KR2)*Kv Lx:电容预期寿命 L0/LR:电容加速寿命,可以查阅电容规格书.(如果资料提供在最高温度下的数据(如2000小时),则用L0,后面对应KR1;如果资料提供最高温度、施加可允许最大文波电流下的数据,则用LR,后面对应KR2) KT:环境温度影响系数(每升高10度,寿命降低一半) KT等于2的(T0-Tx)/10次方(公式不好编辑,这样写大家应该能明白) T0:电容最高工作温度(85或105) Tx:电容实际工作温度 KR1/KR2:纹波电流影响系数. KR1与L0对应,等于2的-T/5次方.T:纹波电流所引起的电容内部温升 KR2与LR对应,等于2的(Tm-T)/5次方,Tm:施加最大电容允许文波电流所引起的电 寿命计算公式MTBF（平均间隔失效时间）预估 概述 MTBF之计算系依据军用手册MIL-HDBK-217F“电子设备之可靠性预估”来 进行，此部份涵盖了电子零件实际的应力关系、失效率。MIL-HDBK-217的 基本版本将保持不变，只有失效率的资料会更新。在评估过程之前，应确 定各元器件的相关特性（如基本失效率、质量等级，环境等级等等）。 定义 “MTBF”的解释为“平均间隔失效时间”而MTBF是由MIL-HDBK-217E.F 计算，以25℃环境温度为参考温度。 电解电容寿命预测 Rubycon品牌的电解电容的寿命计算公式 L X＝Lr×2[(To-Tx)/10]×2(ΔTs/Ao-ΔTj/A)， L X：预测寿命（Hr）， Lr：制造商承诺的在最高工作温度（To）及额定纹波电流（Io）下的寿命， To：最高工作温度—105℃或85℃， Tx：实际外壳温度（℃）， ΔTs：额定纹波电流（Io）下的电解电容中心温升（℃）， ΔTj：实际纹波电流（Ix）下的电解电容中心温升（℃）， A：A＝10－0.25×ΔTj，（0≤ΔTj≤20） Ao：Ao＝10－0.25×ΔTs， 其中 ΔTs＝α×ΔTco＝α×Io2×R/（β×S）， ΔTj＝α×ΔTcx＝α×Ix2×R/（β×S）， ΔTco：额定纹波电流（Io）下的电解电容外壳温升（℃）， ΔTcx：实际纹波电流（Ix）下的电解电容外壳温升（℃）， α：电解电容中心温升与外壳温升的比例系数， Ix：纹波电流的实际测量值（Arms）， Io：额定的纹波电流值（Arms）， R：电解电容的等效串连阻抗（Ω）， S：电解电容的表面积（cm2），S=πD×（D＋4L）/4， 铝电解电容器与温度之间的关系 BIT 销售经理郑淋先生 现如今市场上铝电解电容器的温度标准有85度、105度、125度、130度等几种，很多工程师的选择的时候不是很在意这个问题，所以就会导致很多时候电容没用多长时间就出问题。 铝电解电容器作为电子产品的重要部件，在电路中起着不可或缺的作用，它的使用寿命和工作状况与整体产品的寿命息息相关。当电路中铝电解电容器发生损坏，特别是铝电解电容器爆炸，电解液外溢时，那到底是电容器的质量出问题还是整体线路设计不合理呢？了解铝电解电容器的寿命与温度之前的关系，能为电子工程师提供一些判断依据。 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 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 根据阿列纽斯方程结论可知，铝电解电容器使用寿命与温度之间的计算公式如下 L=L 0×2T0?T110 L:环境温度为T1时铝电解电容器的使用寿命，单位：H L 0：额定寿命，单位：H T 0：额定最高使用温度，单位：℃ T 1：环境温度，单位：℃ 举例说明：如果产品的额定温度为85度，2000小时的额定寿命，那么如果环境温度在55度时，铝电解电容器的使用寿命则为16000小时（约1.8年），那换成BIT 的铝电解电容器呢，那么同样是85度的产品，那使用寿命则为24000小时（约2.7年）， 对电力电容器的实际使用寿命与使用条件的关系作了分析，找出了影响电容器实际使用寿命的因素，并提出了相应的解决办法。 关键词：电力电容器；使用寿命；使用条件 1 前言 电力电容器的实际使用寿命一直是广大用户和制造厂共同关心的。电力电容器的制造厂家是按照所生产的电容器能在国家标准和相关技术条件规定的使用条件下90％的产品能可靠地运行20～30年的要求进行设计、生产的。但实际情况是，同样的电容器由于实际的使用条件不同，其实际的使用寿命相差悬殊，为此有必要对此作一些分析。 2 电容器在电网中实际的连续工作电压与使用寿命的关系 众所周知在电容器介质上的额定工作场强与其它电器相比是比较高的。所以在我国GB/T11024．1-2001中明确规定，电容器的额定工作电压是电容器容许在电网中连续工作的最高电压。如果电容器在标准规定的额定电压及以下运行，电容器产品90％能可靠地在网上运行20年，如果在高于其额定电压的电压下连续运行，电容器的实际使用寿命就将大大缩短，可靠性也将因电老化而下降。电力电容器的实际使用寿命与实际工作电压的关系通常可以用式(1)表示： tN=tp(Up/UN)a (1) 式中：tN--电容器的额定寿命(设tN＝20年)。 tP一电容器的实际使用寿命。 Up一电容器在电网中的实际连续工作电压。 UN一电容器的额定电压。 a--系数，对于全膜电容器a=9 通过式(1)，我们可以分别求出在不同的实际工作电压Up，下电容器的实际使用寿命tp，见表1和图1。 从表1和图1中可以看出，如果电容器在高于其额定电压的电压下长期连续地运行，由于电老化的作用其实际使用寿命的就会大大缩短。虽然，电容器是可以在高于其额定电压的电压，例如：1．03UN，1．05UN，1．1UN下作非连续的几个小时的运行，但决不能在高于其额定电压的电压下作连续长期的运行，不然将大大缩短电容器的实际使用寿命和可靠性，是得不偿失的。对此，希望能引起广大电容器用户的注意，千万不要使电容器在高于其额定电压的电压下连续运行。 3 电容器的使用寿命与环境温度的关系 在每一台电容器的标牌上都标有其温度类别，例如："-40／A"，这就表示这台电容器可以投入电网运行的最低环境温度是-40℃。而这台电容器可以连续运行的最高环境温度为： 一、电解电容寿命设计 本文主要是通过纹波电流的计算，然后通过电容的热等效模型来计算电容中心点的温度，在得到中心点温度后，也就是得到电容的工作点最高的问题后，通过电容的寿命估算公式来估算电容的设计寿命。 首先，电容等效成电容、电阻（ESR ）和电感（ESL ）的串联。关于此请参考其他资料，接下来演示电容寿命计算步骤： 1 、纹波电流计算 纹波电流计算是得到电容功率损耗的一个重要参数，在设计电容时候，我们必须首先确定下来电流的纹波大小，这和设计规格和具体拓扑结构相关。铝电解电容常被用在整流模块后以平稳电压，我们在选择好具体拓扑结构后，根据规格要求得到最小的电容值： 控制某一纹波电压所需的电容容值为： P: 负载功率（单位W ） 注意：这是应用所需要的最小电容容值。此外，电容容值有误差，在工作寿命期内，容值会逐步降低，随着温度降低，容值也会降低。 必须知道主线及负载侧的纹波电流数据。可以首先计算出电容的充电时间。 f main是电网电流的频率。 电容的放电时间则为： 充电电流的峰值为 dU 是纹波电压（U max – U min） 则充电电流有效值： 接下来计算放电电流峰值和有效值。 最后计算得出：整流模块后纹波电流： 这个有效值只是纹波电流的计算式，在复杂的市电输入的情况下，我们必须考虑各阶谐波的纹波有效值，也就是说要通过各阶谐波的有效值叠加，才是最后得到的电容纹波寿命计算的纹波，也就是需要将电流傅立叶分解。 2 、计算功率损耗 在得到纹波电流后，我们可以计算各阶电流的纹波损耗，然后将各阶纹波求和： 3 、计算电容中心点温度 得到功率损耗后，我们由电容的热等效模型（参考其他资料）计算中心点温度： 最近在网上寻找资料，获益非浅。不能光索取而不奉献，花了一周的时间，牺牲了晚上和周末，得罪了夫人。当然了，整理过程中，自己也有所提高。同时也呼吁大家行动起来，多总结经验形成文字。当然了，年轻人有所保留是可以理解的，毕竟为了减少竞争者；但是有些人说自己是退休者，为啥如此吝啬或障碍重重？ 网络是一个虚拟世界，现实生活已经有如此众多的虚伪，面子，为啥还要将其带入网络中呢？多么希望技术栏目中能恢复人与人间的真诚与无私奉献，体现出知识分子.学者.工程师的风范。当然，许多人不错，但是更多的人让我感觉差劲。我很少上网，也不愿与人争吵，只是提出个人的感受而已。 铝电解电容的寿命 电源产品中经常用到铝电解电容，他的寿命往往决定了整个产品的寿命。因此，了解如何计算铝电解电容的寿命很有必要。下面将我的一些心得整理出来，供大家参考。希望有助于提高国人的知识水平。说白了很简单，只不过很多人找不到相关的资料而已。同时也希望学校的教材中能够近早讲解相关知识。我尽量少翻译，因为我的语言能力及相关的专业术语还不行。仅供参考。 Chapter 1铝电解电容的特性 1.1 Circuit model （等效模型） The following c ircuit models the aluminium electrolytic capacitor’s normal operation as well as the over voltage and reverse voltage behavior. （此模型包含正常运行，过压，反压时的特性） C A C c R P ESR L D = Anode capacitance (阳极电容) = Cathode capacitance(阴极电容) = Parallel resistance, due to dielectric (并联电阻) = Series resistance, as a result of connections, paper, electrolyte, ect. 等效串联电阻= Winding inductance and connections 等效串联电感 = Over and reverse voltage 等效稳压管 The capacitance Ca and Cc are the capacitance of the capacitor and is frequency and temperature depended. （Ca and Cc，它的容量是频率及温度的函数） The resistance ESR is the equivalent series resistance which is frequency and temperature depended. It also increases with the rated voltage. （ESR是频率及温度的函数，随着额定电压的增加而增加） The inductanc e L is the equivalent series inductance, and it’s independent for both frequency and temperature. It increases with terminal spacing. （L是频率及温度的函数） The resistance Rp is the equivalent parallel resistance and accounts for leakage current in the capacitor. It decreases with increasing the capacitance, temperature and voltage and it increases with time. （Rp的大小决定了漏电流的大小，随着容量温度电压的增加而降低，随着使用时间的延长而增加） The zener diode D models the over voltage and reverse voltage behavior. Application of over voltage on the order of 50 V beyond the capacitor’s surge voltage rating causes high。（D模拟过压及加反向电压时特性）Leakage current and a constant voltage-operating mode quite like the reverse conduction of a zenerdiode. Applications of reverse voltage much beyond 1.5 V causes high leakage current quite like the forward conduction of a diode. Neither of these operating modes can be maintained for long because hydrogen gas is produced, and the pressure built up will cause failure. （加到电容两端的反向电压不能大于1.5V） 1 引言 电解电容广泛应用在电力电子的不同领域，主要是用于平滑、储存能量或者交流电压整流后的滤波，另外还用于非精密的时序延时等。在开关电源的MTBF预计时，模型分析结果表明电解电容器是影响开关电源寿命的主要因素，因此了解、影响电容寿命的因素非常重要。铝电解电容的寿命取决于其内部温度。因此，电解电容的设计和应用条件都会影响到电解电容的寿命。从设计角度，电解电容的设计方法、材料、机械加工工艺决定了电容的寿命和稳定性。而对应用者来讲，使用电压、纹波电流、开关频率、安装形式、散热方式等都影响电解电容的寿命。 2 电解电容的非正常失效 一些因素会引起电解电容失效，如极低的温度，电容温升（焊接温度，环境温度，交流纹波），过高的电压，瞬时电压，甚高频或反偏压；其中温升是对电解电容工作寿命Lop影响最大的因素。电容的导电能力由电解液的电离能力和粘度决定。当温度降低时，电解液粘度增加，因而离子移动性和导电能力降低。当电解液冷冻时，离子移动能力非常低以致非常高的电阻。相反，过高的热量将加速电解液蒸发，当电解液的量减少到一定极限时，电容寿命也就终止了。在高寒地区（一般－25℃以下）工作时，就需要进行加热，保证电解电容的正常工作温度。如室外型UPS，在我国东北地区都配有加热板。电容器在过压状态下容易被击穿，而实际应用中的浪涌电压和瞬时高电压是经常出现的。尤其我国幅员辽阔，各地电网复杂，因此，交流电网很复杂，经常会出现超出正常电压的30，尤其是单相输入，相偏会加重交流输入的正常范围。经测试表明，常用的450V/470uF 105℃的进口普通2000小时电解电容，在额定电压的1.34倍电压下，2小时后电容会出现漏液冒气，顶部冲开。根据统计和分析，与电网接近的通信开关电源PFC输出电解电容的失效，主要是由于电网浪涌和高压损坏。电解电容的电压选择一般进行二级降额，降到额定值的80％使用较为合理。 3 寿命影响因素分析 除了非正常的失效，电解电容的寿命与温度有指数级的关系。因使用非固态电解液，电解电容的寿命还取决于电解液的蒸发速度，由此导致的电气性能降低。这些参数包括电容的容值，漏电流和等效串联电阻（ESR）。参考RIFA公司预计寿命的公式： 影响电解电容寿命的因素和延长电解电容寿命的方法 影响电解电容寿命的因素 电解电容广泛应用在电力电子的不同领域，主要是用于平滑、储存能量或者交流电压整流后的滤波，另外还用于非精密的时序延时等。在开关电源的MTBF预计时，模型分析结果表明电解电容是影响开关电源寿命的主要因素，因此了解、影响电容寿命的因素非常重要。1.电解电容的寿命取决于其内部温度。 因此，电解电容的设计和应用条件都会影响到电解电容的寿命。从设计角度，电解电容的设计方法、材料、加工工艺决定了电容的寿命和稳定性。而对应用者来讲，使用电压、纹波电流、开关频率、安装形式、散热方式等都影响电解电容的寿命。 2.电解电容的非正常失效 一些因素会引起电解电容失效，如极低的温度，电容温升（焊接温度，环境温度，交流纹波），过高的电压，瞬时电压，甚高频或反偏压；其中温升是对电解电容工作寿命(Lop)影响最大的因素。 电容的导电能力由电解液的电离能力和粘度决定。当温度降低时，电解液粘度增加，因而离子移动性和导电能力降低。当电解液冷冻时，离子移动能力非常低以致非常高的电阻。相反，过高的热量将加速电解液蒸发，当电解液的量减少到一定极限时，电容寿命也就终止了。在高寒地区（一般－25℃以下）工作时，就需要进行加热，保证电解电容的正常工作温度。如室外型UPS，在我国东北地区都配有加热板。 电容器在过压状态下容易被击穿，而实际应用中的浪涌电压和瞬时高电压是经常出现的。尤其我国幅员辽阔，各地电网复杂，因此，交流电网很复杂，经常会出现超出正常电压的30%，尤其是单相输入，相偏会加重交流输入的正常范围。经测试表明，常用的450V/470uF 105℃的进口普通2000小时电解电容，在额定电压的1.34倍电压下，2小时后电容会出现漏液冒气，顶部冲开。根据统计和分析，与电网接近的通信开关电源PFC输出电解电容的失效，主要是由于电网浪涌和高压损坏。铝电解电容的电压选择一般进行二级降额，降到额定值的80％使用较为合理。 3 寿命影响因素分析 除了非正常的失效，电解电容的寿命与温度有指数级的关系。因使用非固态电解液，电解电容的寿命还取决于电解液的蒸发速度，由此导致的电气性能降低。这些参数包括电容的容值，漏电流和等效串联电阻（ESR）。 参考RIFA公司预计寿命的公式： PLOSS = (IRMS)2x ESR（1） Th = Ta + PLOSS x Rth（2） Lop = A x 2Hours（3） B = 参考温度值（典型值为85 ℃） A = 参考温度下的电容寿命（根据电容器直径的不同而变化） C = 导致电容寿命减少一半所需的温升度数 从上面的公式中，我们可以明显的看到，影响电解电容寿命的几个直接因素：纹波电流(IRMS)和等效串联电阻值（ESR）、环境温度（Ta）、从热点传递到周围环境的总的热阻（Rth）。电容内部温度最高的点，叫热点温度（Th）。热点温度值是影响电容工作寿命的主要因素。而下列因素又决定了热点温度值实际应用中的外界温度（环境温度Ta）, 从热点传递到周围环境的总的热阻（Rth）和由交流电流引起的能量损耗（PLOSS）。电容的内部温升与能量损耗成线形关系。 电容充放电时，电流在流过电阻时会引起能量损耗，电压的变化在通过电介质时也会引起能影响电解电容寿命的因素
电解电容寿命分析
电容器的实际使用寿命资料讲解
铝电解电容的寿命
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铝电容器 推定寿命计算式
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寿命计算式 目录
? 寿命计算式
A) DC加载保证品 B) 纹波电流加载保证品 C) 螺丝端子型(额定电压350V以上) 螺丝端子型(额定电压 以上) D) 导电性高分子电容器
? 温度测定方法
A) 周围温度测定方法 B) 单元中心发热温度测定方法 1) 单元中心温度测定 2) 周围温度/电容器表面温度测定 3) 纹波电流测定 >>> 发热温度计算
注意事项
纹波电流频率修正系数与温度修正系数使用方法
CONFIDENTIAL(秘密的)
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推定寿命计算式
A) DC加载保证品 ) 加载保 品
Lx L = Lo × 2
Tx ? To 10
×2
? ?T 5
Lx (hrs):推定寿命 Lo (hrs):保证寿命 Tx (℃):最大可能周围温度 To (℃):实际使用周围温度 ( ) 纹波电流发热温度 ⊿T (℃):纹波电流发热温度 <应用系列> 贴片型:全般 引钱型:SRM/SRE/KRE/SRA/KMA/SRG/KRG/SMQ/SMG/ 引钱型 SRM/SRE/KRE/SRA/KMA/SRG/KRG/SMQ/SMG/ SME-BP/KME-BP/LLA
CONFIDENTIAL(秘密的)
3电解电容纹波及寿命测试方法
电容的潜在危险及寿命
电解电容寿命分析
电解电容寿命
MTBF寿命计算公式
铝电解电容器寿命与温度之间的关系
电容器的实际使用寿命
电解电容寿命设计
铝电解电容寿命计算
影响电容寿命的因素.
影响电解电容寿命的因素和延长电解电容寿命的方法