鋁電解電容承受紋波分析

1、鋁電解電容器承受紋波電流的能力分析CD11H-100V-1QF-M （相對應SAMXON GF Series ）產(chǎn)品在實際使用時，外形尺寸 610X20與616X25比較，前者易失效，而后者不易失效。初步分析如下：電解電容應用于電路中，主要是作為電源的濾波元件，訊號的旁路、耦合等，它們 在工作時有一個共同的特點就是在直流電壓上要疊加不同頻率的交流成份，即有紋波電壓 作用在電容器上，從而就有紋波電流通過電容器。1）.當有紋波電流通過電容器時，一方面，由于功率損耗（P）而使電容器內(nèi)部溫度上 升、發(fā)熱；另一方面，也通過電容器外表向周圍附近環(huán)境散熱（P）： TOC o 1-5 h z i . P =

2、I2r + V -、（1）式中：I紋波電流（Arms）r等效串聯(lián)電阻（Q）IL.漏電流V.施加的直流電壓因為V -1,I2r ，所以（1）式可近似為：P = I2 - r（2）ii. P =a - S -AT（3）式中：a.散熱系數(shù)（W/cm2.P）S產(chǎn)品表面積（cm2）S =匕D （D + 4 L）AT.產(chǎn)品溫升（C）（由紋波電流引起產(chǎn)品自身溫度與環(huán)境溫度的溫差）當發(fā)熱與散熱達到平衡時，則有P=P即 12 - r =a - S -AT（4）依上述公式（4），則CD11H-100V-1中F-M的產(chǎn)品外殼尺寸不同，但在同一電 路同一位置使用時，所通過的穩(wěn)波電流是相同的，此時產(chǎn)品溫升為： 外殼尺寸

3、為6 10X20時：外殼尺寸為6 16X25時：AT10a AT10a - S10(5)12 -r一、AT = 16 16 (6)16則有AT r - S 4.6 x 3.14 x r 2。& 乂 r AT = r - S16 - 2.25 x 3.14 x r -. 黃則有1616101616分別取尺寸為610X20 &616X25的CD11H-100V-1QF-M的產(chǎn)品，在不同頻率f）測其r值如下:f（Hz）120HZ (Q)1KHZ (Q)10KHZ (Q)100KHZ (Q)備注rr r101.4700.3700.1670.133Sample為萬裕三信品r r161.5700.2080

4、.0490.032依公式（7）,則有(8)120 H 時，虬=2.06 x X = 2.06 x1470 牝 1.93 得 M = 1.930M(8) TOC o 1-5 h z Z直6二61.57010161KH 時，虬=2.06 x X = 2.06x 0370 牝 3.66 得 M = 3.66AT (9)ZA6匕0.2081016(10)10KH 時，AT = 2.06 x = 2.06 x 0167 俐 7.02 得 AT = 7.02A(10)ZA6r60.0491016100KH 時，紡=2.06 x = 2.06 x i 牝 8.56 得 AT = 8.56AT (11)ZA6

5、r60.0321016公式（8）、（9）、（10）、（11）所反應的是兩個不同外殼尺寸產(chǎn)品在不同頻率（f）下的溫升關系，即如果在100KHZ時，尺寸為6 16X25產(chǎn)品的溫升 T16為1C時，尺 寸為610X20產(chǎn)品溫升為8.56C；因此可推斷在100KHZ時，如果尺寸為616X25 的產(chǎn)品工作時，產(chǎn)品中心溫度為40C，環(huán)境溫度為25C時（產(chǎn)品溫升 T16為15C）， 此時尺寸為610X20產(chǎn)品溫升為T10=8.56x15C=128.4C，產(chǎn)品中心溫度為128.4C +25C=153.4C完全超出了它的最高使用溫度105 C，將對產(chǎn)品性能產(chǎn)生影響甚至防爆 閥打開失效。其它依此類推。2）.通常，

6、在產(chǎn)品目錄或承認書中，都會根據(jù)產(chǎn)品的最大DF值或r值給出每個產(chǎn)品在特定頻率下的最大允許紋波電流I（Max Allowable Ripple Current） （一般以溫升5C左 右計），故對于CD11H-100V-1中F-M 610X20 & 616X25產(chǎn)品的最大允許紋波電流 計算如下： 依公式（4）12 =八二也則有i =廣E（12）i.產(chǎn)品在100Hz頻率下的最大允許紋波電流I 由電容器的r、tg 6、3關系tg&=3 C r知: TOC o 1-5 h z I=：匕嚴(13)將產(chǎn)品在120Hz的最大tg 6值(0.08)代入(13)式中，得外殼尺寸為6 10X20時：I = 0.002

7、x2xIgMX10X2.25X3J4x5。心 (由 100Hz) 100.08外殼尺寸為6 16X25時：I =匹2X100X正XI0 x4.60 x3.14x5 泊 106泌(網(wǎng) y) 160.08ii.產(chǎn)品在1KHz、10KHz、100KHz頻率下的最大允許紋波電流I 由公式(4)可知，對于同一個產(chǎn)品在不同頻率下允許的紋波電流為：12 - r = 12 - r 得 I =，匕-1(14)則有11222 V r 12外殼尺寸為6 10X20時：I = J1470 x 74 注 147mA(at 1KHz)10 0.370 TOC o 1-5 h z 1.470、I =x74 牝 220mA(

8、at 10KHz)10 0.167.1.470、I =-x 74 牝 246mA(at 100KHz)10 0.133外殼尺寸為6 16X25時：1.570、I =x 106 牝 291mA(at 1KHz)16 V 0.208.1.570I =- x 106 牝 600mA(at 10KHz)16 V 0.0491.570I =x 106 牝 742mA(at 100KHz)16： 0.032上述結(jié)果分別為6 10X20. 6 16X25產(chǎn)品在實際使用時各頻率下所能承受的最大 紋波電流（Max Allowable Ripple Current），其它頻率下的 Max Allowable Ripple Current 可 依上述公式推算?？傊?，電容器在實際使用時如果超過電容器規(guī)定的Max Allowable Ripple Current，產(chǎn) 品溫度就會升高，超出其最高使用溫度，就會對電容器性能產(chǎn)生影響，從而影響整個電路。 因此，當設計電子線路時，須根據(jù)電容器使用的環(huán)境溫度、所通過的紋波電流（或作用其 上的紋波電壓）等，選擇合適的電容器。如能確定實際紋波電流在尺寸610X20所能承受的最大紋波電流與尺寸616X25所 能承受的最大紋波電流之間，可試用尺寸為613X