电解电容的热分析

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1、电解电容器的发热分析与冷却措施杨柏禄王书堂陈永真辽宁工业大学121000摘要：本文分析了引起电容器发热的主要因素以及发热对电解电容器主要性能的影响，并进一步对最大允许温升的限制和常用冷却措施的冷却效果进行了分析，给出了估算温升的方法，提出了抑制温升的有效措施。叙词：发热温升纹波电流使用寿命冷却措施HeatinganalysisofelectrolyticcapacitorsandcoolingmeasuresYangbailuWangshutangChenyongzhenLiaoningUniversityofTechnology121001Abstract:Thispaperan

2、alyzesmainfactorsthatheatofcapacitorsandimpactofmaincharactaristicsofelectrolyticcapacitorsfromheating,moreovergivesananalysisoflimitsonmaximumpermittedtemperatureriseandeffectofcommoncoolingmeasures.Thispaperalsogivesamethodtocalculatethetemperatureriseandproposeefficientmeasurestorestrainthe

3、temperaturerise.Keyword:heatingtemperatureriseripplecurrentoperatinglifecoolingmeasures1、前言电解电容器因为其容量大、价格低廉等特点广泛应用于整流、滤波电路中，在使用中电解电容器的可靠性很高，一般不会发生故障，并且由于其有效的自愈特性而使其工作可靠性大大提高。但是，电路设计上的弊病或者人为的误操作将会造成电解电容器的早期失效、压力释放孔道的破裂、电绝缘遭到破坏、短路、开路等故障。一般来说这些故障都是可以在很大程度上避免，唯有发热是电解电容器使用中无法避免而且危害至深的因素。电解电容器发热可以加快

4、电解液的消耗以致干涸，甚至造成电解液的沸腾；还可以降低纹波电流的承受能力，急剧缩短电容器的使用寿命；以及令电解电容器漏电流增大、损耗增加、产生瞬时超温等危害。因此，发热是电解电容器使用中不可忽视的因素，在使用中应该确保电容器不应超过其额定工作温度，尽量避开热源，必要的时候应该采用有效的措施进行冷却。下面将详细介绍电解电容器有关发热的问题以及对电解电容器其它主要性能的影响和冷却措施。2、电解电容器发热原因和最大允许温升电容器是储能元件，本不应该有功率损耗，但是等效串联电阻的存在使得纹波电流在其上面产生了显著损耗。这部分损耗就会以热的形式散发出去，引起电容器温度上升。一般电容器的型号、

5、设计尺寸确定了，ESR随温度、频率的变化规律就确定了，因此如果测得应用电路中的纹波电流就可由ESR上产生的功率损耗估算温升。这里值得指出的是电解电容器的总温升实际上是由两部分温升组成，一部分是由纹波电流产生的损耗引起的温升，另一部分是由漏电流损耗引起的，但是后一部分损耗相对比较小，一般可以忽略不计。电容器发热引起温升的危害是严重的，因此各个厂家对其最大允许温升都有严格的限制。一般厂家为了用户使用方便给出了电解电容器工作在特定温度下的最大允许温升。额定85℃的大多数电容器类型的最大允许温升为10℃。额定105℃的一般类型允许5℃的温升，也就是说核心温度可以达到110℃。另外，厂家还可

6、能直接给出各型号电解电容器的最大允许温度Tm。例如CDE各型号最大允许温度如表1所示。如果厂家没给出相关的数据，根据纹波电流额定值的定义不难看出，纹波电流额定值与电容器最大允许温升有关，如果逆向思维，就不难发现由厂家数据手册中给出的纹波电流额定值和折算系数也可以估算电解电容器最大允许温升。表1CDE各型号最大允许温度表型号101C325380LQ381LQ400C500CDCMCTm108℃128℃95℃110℃98℃98℃95℃3、电解电容器实际温升的估算通常电解电容器的温升可由纹波电流、ESR和热阻的大小决定。在假设热平衡的条件下，电解电容器产生的温升就等于ESR上功率损耗产生

7、的热，于是温升就等于纹波电流有效值的平方与ESR和热阻的乘积。功率损耗和温升的表达式如下：2P=I×ESR（1）dissrms2ΔT=P×R=I×ESR×R（2）dissthrmsth其中，P为功率损耗，I为纹波电流有效值，ESR为等效串联电阻，R为热阻。dissrmsth在实际应用的计算中，应该测得不同特定频率的纹波电流，并分别计算其功率损耗，然后相加得到总损耗。最后，由厂家给出的不同条件下的热阻表计算总温升。这里值得注意的是，ESR这个量很复杂，它随着温度和频率的