电解电容寿命分析

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1、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“BathtubCurve”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（ExpectedLife）作为参考。这种期望寿命表达的是一种磨损失效（wear-ourfailure）。如下图所示，在利用威布尔概率纸（WeibullProbabilityPaper）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(AccumulatedFallureRate)斜率要远大

2、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（IL）、损耗角（tanδ）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

3、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（Arrheniustheory）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

4、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：LOP=LoXf(t)3、施加电压对寿命的影响施加电压越高其流过电容的直流电流越大，漏电流越大意味着直流损耗。4、纹波电流对寿命的影响相对于薄膜等电容类型而言,电解电容具有较大的损耗角,当电容器上被通过纹波电流时,将会产生不可忽略的损耗以及由此损耗引起的温升.此温升对电容寿命

5、的影响关系跟环境温度对寿命的影响具有一样的公式表达:--即同样遵循阿列纽斯理论。成为实际应用中电容寿命计算的关键因素之一。1）纹波产生的损耗及由此引起的温升当电容被施加了一个DC电压及叠加于DC电压上的纹电流后，其损耗可表达为：P=PAC+PDC P=IAC2*RESR+VDC*IDC P≈IAC2*RESR（当VDC＜VR，PAC＞＞PDC）P:电容器件总损耗功率PAC：交流纹波产生之交流损耗功率PDC：直流漏电流产生之直流损耗功率IAC：交流纹波RESR：电容ESRIDC：在施加电压下流过电容的直流电流，即漏电流I

6、OL 一个稳定的损耗将引起电容外壳温度由环境温度（Tambient）上升到另外的一个稳定温度(Tcase)。电容器热点温度（即真正影响寿命的最高电解液温度Thotpoint）热点此时里面产生的损耗（W）将等于外面的热量耗散速度。可用公式表达如下：P=IAC2XRESR=βXAX△Tcase-ambient；△Tcase-ambient=P/βXA=IAC2XRESR/βXA；△Tcase-ambient=PXRcase-ambient(Rcase-ambient=1/βXA)；△Tcase-ambient=IAC2X（

7、tanδ/ωC）XRcase-ambient；△Thotpoint-case=PXRhotpoint-case；Thotpoint =Tcase+△Thotpoint-case=Tambient+△Tcase-ambient+△Thotpoint-case=Tcase＋PXRhotpoint-case=Tambient+PX（Rhotpoint-case＋Rcase-ambient）=Tambient+PX（Rhotpoint-ambient）。β:热辐射常数，与电容器体积及形状有关。A：电容器表面积(A=π(D/2)

8、2+2π(D/2)XL).△t:环境温度（Tambient）与电容器外壳温度(Tcase)的温差，即外壳温升。Rcase-ambient：电容器外壳到环境间的热阻。D:电容器直径L:电容器高（长）度注：只有在未加任何散热装置及设计的自然环境才有Rcase-ambient=1/βXA的表达方式。从上公式可看出，外壳温升△t不但跟损耗