電子鎮流器中電解電容的使用壽命
作為電子鎮流器的重要部件電解電容(Electrolytic capacitor),在電子鎮流器中起著不可或缺的作用,它的使用壽命和工作狀況與電子鎮流器的壽命息息相關。筆者在大量的生產實踐與理論探討中,認為目前在照明和電容生產行業中,存在許多與實際不相佐的觀點。當電子整流器中的電容發生損壞,特別是電解冒頂,電解液外溢時,整流器廠家懷疑電容質量有問題,而電解廠家說整流器設計不當,眾說紛紜,難有可信的 定論。筆者以下就電解電容的使用壽命和使用安全與大家作些共同的探討,以資起到拋磚引玉的作用。提到電解電容的壽命,人們自然會想到大多數提到的阿列紐斯(Arrhenius)方程。
TO-T/10℃
L=L0 X 2 (1)
L --- 環境溫度為T時電解電容計算壽命(hour)
L0 --- 電解電容的壽命 (hour)
T0 --- 電解電容額定較高使用溫度(deg ℃)
T --- 使用環境溫度(deg ℃)
我們知道,在電子整流器中對電解電容壽命有影響的不僅僅只是環境溫度,還有一項容易被忽視而恰恰是非常重要的參數--- 紋波電流(Ripple current)。一般來說,負載功率的大小與電容承擔的紋波電流成正比,負載越大,電解充放電越深,電解內氧化膜分解的時候就會發熱越厲害,相應的修補時電解液也消耗的越多。況且,在普通電子整流器中,同時有低頻充電,高頻放電兩個頻率成份存在(見圖、圖2),所以,紋波電流而使得電解電容自身發熱也應在電解壽命計算中予以考量。
電解電容的自身發熱滿足下式
△T = I2R/βs (2)
△T---所加紋波電流I時電解自身發熱(deg ℃)
I---實際工作紋波電流 (A rms)
β---散熱系數 (W/℃ Cm2)
S ---電解電容的表面積 ( CM2 )
R ---電解電容等效阻抗 (ESR Ω)
既然紋波電流與自身發熱成平方倍的關系,那么對實際電路紋波電流的測算就至關重要。從數學知識中得知波形計算
合成Irms=√∑(In)2 Arms
按照電解電容的行業規定,電解在額定溫度下,加上允許的額定紋波電流,自身的發熱較大值△t≤5 deg ℃。
那么加上實際紋波電流 Irms時,電容器自身的發熱是
△T=△t*(I/Ir)2 deg ℃ ( 3 )
△t---為額定溫度下,加上額定紋波電流時,電容器允許較大溫升(deg ℃) 貼片電解電容 濾波貼片鋁電解電容
Ir--- 電容器額定紋波電流( Arms)
I --- 為(計算)實際工作紋波電流( Arms)
后我們要考慮的是不同頻率成分紋波電流對電容器的影響,即大多數廠家提供的頻率校正系數(Frequency coefficient)。那么電解電容壽命計算的終表達式為 貼片電解電容 濾波貼片鋁電解電容
( TO △t) (T △T)/10℃
L=L0 X 2
現在我們以一公司ED33UF/200V,額定壽命8000小時,允許紋波電流195MA/120Hz,在一環境為55℃的110V/60Hz電路中應用作例,予以計算。
1.三角波 貼片電解電容 濾波貼片鋁電解電容
I=√t/T *Ip-p/√3
=√2/16.67 *1.92/√3= 384 mA /120Hz
2. 弦波
I=√t/T *Ip-p/√2
=0.368/√2 = 260 mA/ 98 Khz
3. 合成
Irms=√∑(In)2=√(260*0.3) 2 384 2
=391.8 mA/120 Hz
4. 發熱
△T=△t*(I/Ir)2
=5 * (392/195)2= 20 deg ℃
5.壽命
(TO △t) (T △T)/10℃
L=L0 X 2
(105 5) (55 20)/10℃
=8000X 2 =90509.6 h=¨10¨.3年