钜大LARGE | 点击量：2373次 | 2020年06月23日
开关电源用电解电容的纹波电流与温升
众所周知，开关电源为了可靠的性能和长的工作寿命，必须选用具有足够电压和温度裕量的电解电容器，我们不太熟悉满足适当纹波电流额定值的要求。为了更好了解这个要求，应该先了解电解电容的基本结构。
在典型的电解电容器，两条铝箔带将螺旋缠绕在吸收饱和电解液材料层之间。采用非常薄的绝缘电介质膜，在铝和导电电解液接口处形成电容，该绝缘电介质膜是由流动电解液中极化电压来维持的。如果电解液开始变干，能吸收电解液分隔物的电阻会增大，电介质开始破坏，并且电容迅速失效。
为了防止电解液的损失，电容应具有密封的端盖、引出导线以及连接导线。在高温下，电解液趋向于蒸发并使外壳加压，这些密封作为一个整体承受着很大的压力。此外，电容在高温下损耗会变大而导致失控。为了长期的可靠性，电容器的温度成为主要关心的问题。以下三个主要因素结合起来确定了电容器的内部温度。
1.环境工作温度。
2.散热设计和通风环境。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
3.内部损耗。
环境温度是关于应用与技术要求的内容，它基本上是不受设计者控制的。散热设计经常是在设计者控制之下的一个主要因素。高温元件的位置、布局、散热器设计、尺寸大小和冷却方法（强迫通风或对流冷却）等相比内部损耗对电解电容器的温升有更大的影响。如果需要保持良好的平均故障间隔MTBF时间，设计者头脑中必须一直想到电解电容器需要保持的最小热应力。电解电容器内部损耗一般是相当低的，它受到电压应力、温度，并且特别是纹波电流的影响。为了帮助开关电源的设计者，电解电容器生产厂家指定最大的有效纹波电流额定值作为一般指南，该值通常是在120Hz频率和85℃或者105℃空气温度的条件下得出的。
在测试频率（通常是120Hz）下，通过使电容工作在直流极化电压和正弦纹波电流应力下，生产厂家建立了这些纹波电流的额定值。被引用的数字也因此建立在有低次谐波分量的纹波电流有效值的基础上，这样在电容器内部会造成能确定的最大内部损耗和温升。允许的温升取决于电容的设计，而它的最大等级通常是8℃.由于内部损耗而带来的实际实际允许温升不会经常引用，但可以从生产厂家获得。重要的是不管工作温度是多少，都不能超出内部损耗限制，因为在高纹波电流下内部损耗会增加，这样可能会发生热击穿。
不管采用说明方法建立纹波额定值以及电容器的大小，这里推荐在最终应用中测量温度，因为最终的温升是由于纹波电流产生的内部热损耗、周围元件接近效应和热设计共同作用的结果。与内部热损耗相比，附件元件的热辐射和热对流传导将会在电容器中产生更大的温升。
由于纹波电流和峰值工作温度的影响，电容器所允许的最高温升会随着电容器类型不同和生产厂家不同而不同。在这里所用的例子中，在自由通风的环境里，纹波电流所允许的最大温升只有8℃（正是这种限制，供制造厂采用以限定纹波电流的额定值）。此额定值用于自由通风环境的空气温度为85℃，而外壳温度为93℃.这种方法设置了运行时的绝对限制值，并没有考虑温升的原因。电容器的寿命在这个温度时不会长久的，我们推荐更低的工作温度。
大多情况下，我们并不知道等效的电流有效值，尽管在工作频率下该值时可以计算或测量的，但它对建立电容的最终温升值不总是有很多帮助的。在开关模式的工作方式下，一般都存在很高的谐波分量，并且电容损耗会随着各次谐波的频率变化和幅值不同发生变化（并且随着频率的变化，等效串联电阻是以非线性方式变化的）。所以损耗分量是与频率有关的，这种通常情况下是不知道的。因此下面将讲到的是推荐的最终测试步骤.在最终应用中通过测量温升确定选择合理性：
1.在远离其他热效应的影响、正常运行的条件下来测量电容器的温升（如果有必要的话，把电容器连接到一种短的双绞电缆线，以远离其他元器件的热效应，或在发热元件和电容器之间插入一个热障隔离其影响）。单独测量由于纹波电流而产生的电容器的温升，并且把这个温升与生产厂家的限制值进行比较。
2.如果因纹波电流而产生的温升是可以接受的，在正常位置安装上电容器并使电源承受最高温度应力和负载条件的影响。测量电容器的表面温度，以保证它是在制造商的最高温度限制内，并应测试几个样品。
电解电容器的长期可靠的最重要参数毫无疑问是在工作环境里电容器的温升。在高温下，电容器的损耗迅速地增加，这增加了内部功耗并导致热击穿。这里还没有合适的方法可以替代成品的性能和温升的测量。
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