电子镇流器中电解电容的使用寿命
作为电子镇流器的重要部件电解电容(Electrolytic capacitor),在电子镇流器中起着不可或缺的作用,它的使用寿命和工作状况与电子镇流器的寿命息息相关。笔者在大量的生产实践与理论探讨中,认为目前在照明和电容生产行业中,存在许多与实际不相佐的观点。当电子整流器中的电容发生损坏,特别是电解冒顶,电解液外溢时,整流器厂家怀疑电容质量有问题,而电解厂家说整流器设计不当,众说纷纭,难有可信的 定论。笔者以下就电解电容的使用寿命和使用安全与大家作些共同的探讨,以资起到抛砖引玉的作用。提到电解电容的寿命,人们自然会想到大多数提到的阿列纽斯(Arrhenius)方程。
TO-T/10℃
L=L0 X 2 (1)
L --- 环境温度为T时电解电容计算寿命(hour)
L0 --- 电解电容的寿命 (hour)
T0 --- 电解电容额定较高使用温度(deg ℃)
T --- 使用环境温度(deg ℃)
我们知道,在电子整流器中对电解电容寿命有影响的不仅仅只是环境温度,还有一项容易被忽视而恰恰是非常重要的参数--- 纹波电流(Ripple current)。一般来说,负载功率的大小与电容承担的纹波电流成正比,负载越大,电解充放电越深,电解内氧化膜分解的时候就会发热越厉害,相应的修补时电解液也消耗的越多。况且,在普通电子整流器中,同时有低频充电,高频放电两个频率成份存在(见图、图2),所以,纹波电流而使得电解电容自身发热也应在电解寿命计算中予以考量。
电解电容的自身发热满足下式
△T = I2R/βs (2)
△T---所加纹波电流I时电解自身发热(deg ℃)
I---实际工作纹波电流 (A rms)
β---散热系数 (W/℃ Cm2)
S ---电解电容的表面积 ( CM2 )
R ---电解电容等效阻抗 (ESR Ω)
既然纹波电流与自身发热成平方倍的关系,那么对实际电路纹波电流的测算就至关重要。从数学知识中得知波形计算
合成Irms=√∑(In)2 Arms
按照电解电容的行业规定,电解在额定温度下,加上允许的额定纹波电流,自身的发热较大值△t≤5 deg ℃。
那么加上实际纹波电流 Irms时,电容器自身的发热是
△T=△t*(I/Ir)2 deg ℃ ( 3 )
△t---为额定温度下,加上额定纹波电流时,电容器允许较大温升(deg ℃) 贴片电解电容 滤波贴片铝电解电容
Ir--- 电容器额定纹波电流( Arms)
I --- 为(计算)实际工作纹波电流( Arms)
后我们要考虑的是不同频率成分纹波电流对电容器的影响,即大多数厂家提供的频率校正系数(Frequency coefficient)。那么电解电容寿命计算的终表达式为 贴片电解电容 滤波贴片铝电解电容
( TO △t) (T △T)/10℃
L=L0 X 2
现在我们以一公司ED33UF/200V,额定寿命8000小时,允许纹波电流195MA/120Hz,在一环境为55℃的110V/60Hz电路中应用作例,予以计算。
1.三角波 贴片电解电容 滤波贴片铝电解电容
I=√t/T *Ip-p/√3
=√2/16.67 *1.92/√3= 384 mA /120Hz
2. 弦波
I=√t/T *Ip-p/√2
=0.368/√2 = 260 mA/ 98 Khz
3. 合成
Irms=√∑(In)2=√(260*0.3) 2 384 2
=391.8 mA/120 Hz
4. 发热
△T=△t*(I/Ir)2
=5 * (392/195)2= 20 deg ℃
5.寿命
(TO △t) (T △T)/10℃
L=L0 X 2
(105 5) (55 20)/10℃
=8000X 2 =90509.6 h=¨10¨.3年