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电解电容是制约电源产品寿命短板的元器件。影响铝电解电容器寿命的主要因素有，周边环境温度造成的加速性（FT）、纹波电流造成的加速性（FI）、施加电压造成的加速性（FU）。 用公式表达为Lx=L0×Ktemperature×Kripple×Kvoltage，其中L0是电容在数据手册中标明的特定温度下的基础寿命，Ktemperature、Kripple、Kvoltage分别代表环境温度影响因数、纹波电流影响因数、施加电压影响因数。 环境温度寿命 如果环境温度低于电容的上限环境温度，根据阿式方程（Arrhenius方程，描述化学物质反应速率随温度变化关系的经验公式），环境温度每下降 10℃，电容寿命大致会增加一倍。反过来说，如果环境温度上升10℃，电容寿命大致会缩短一半。所以说环境温度是影响电解电容寿命的重要因素。 打个比方说，某铝电解电容Datasheet里面标明了Endurance：125℃，2000h，指的是如果电容的最高工作环境温度Tmax一直维持在125℃，其电容基础寿命L0是2000h。 结合上文，如果实际的电容工作环境温度Ta是65℃，不考虑纹波电流影响，则理论上电容预测寿命为 Ln=L0×2^((Tmax-Ta)/10) =2000h×(2^(125-65)/10)=128000h≈14.6年。 我们把Ln=L0×2^((Tmax-Ta)/10)这个公式叫作公式a，后面还会用到。 同样的原理，下图描述了这几款电解电容温度和预测寿命之间的关系。 纹波电流寿命 纹波电流与等效串联电阻ESR共同作用，是引起电容发热的主要原因。除了工作环境温度，纹波电流也是影响电解电容寿命的重要因素。 对于电解电容来说，电容总功率P=纹波电流功率+直流漏电流功率 =纹波电流²×等效串联电阻+直流漏电流×直流电压 =I²ac×ESR+Idc×Udc 一般情况，由于电容的工作电压都会降额使用，也就是施加的直流电压Udc小于电容额定电压，所以直流漏电流非常小（见下图示例，漏电流在10uA以下），所以可以忽略直流漏电流功率（假设施加电压影响因数Kvoltage等于1），则电容总功率P=I²ac×ESR。 其中纹波电流Iac，在实际应用中往往不是标准的正弦波，而是多种波形组合而成的波形。而电容等效串联电阻ESR并不是一个恒定值，跟随频率变化而变化。所以以上两个参数都不容易计算，需要借助数学工具对纹波电流进行傅里叶分析，最后根据各频率点的纹波电流及对应ESR进行综合计算，最后得到电容总功率P。同时，在电解电容供应商所供的产品手册中，通常不会提供直观的跟随频率变化的 ESR表达式或曲线。
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发表于 2023-5-17 17:31:47
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