bus电容寿命分析

1、3A3-30K BUS电容寿命的分析报告目录n电解电容的寿命问题n电解电容的模型和ESR特性n分析电解电容寿命的主要步骤n3A3-30KBUS电容寿命的分析n总结一，电解电容的寿命问题电解电容的寿命问题n电解电容的失效原因，当温度升高时，电解电容的电解液会挥发，导致容值变小，漏电流增大，ESR增大；n当以上任一指标超过规格时，我们认为电容失效；n电容的寿命取决于电解液的挥发速度。n影响电解电容寿命的因素：主要热影响（焊接，外界温度，纹波电流）其次，还有施加高压；施加反压等异常影响。二，电解电容的模型和ESR特性2.1电解电容的等效电路模型n电流流过电容时，会发生损耗，这个损耗主要是由电容的ES

2、R引起。2.2电解电容ESR的特性随着电容温度的上升和频率的升高，ESR减小三，分析BUS电容寿命的步骤3.1 分析BUS电容寿命的步骤分析电容谐波电流计算电容的损耗和温度计算电容寿命使用MATHCAD软件进行分析.通过分析PFC和INV的谐波电流得到BUS电容的谐波根据电容的谐波电流和ESR值，计算每次谐波电流引起的损耗，并求和，得到总的电容损耗,然后计算出电容的温度.根据计算出的电容的内部温度，和厂商提供的计算公式求得电容的寿命。 3.2 谐波电流的分析方法n首先求得电流的函数I=f(t)n对电流函数进行傅立叶分解求得各次谐波的有效值，就是电容的谐波的电流3.3 电容损耗和内部温度的计算公

3、式n将每次谐波电流引起的损耗相加.n计算电容内部温度Th, Rth为电容的热阻其值和风速等有关,Ta表示电容表面温度)()3()2()1(.ntotPPPPP)()()2(2)2()1(2)1(.nnESRIESRIESRIThLossahRPTT3.4 计算电容寿命的公式A 参数是指在参考温度下的寿命,其值电容直径有关B 是参考温度,对85度电容,其值为85.C参数根据电容类型由厂家Kv 是指电容电压参数，厂家提供HoursAKvLCThBop)/(2四， 3A3-30KBUS电容的寿命分析4.1 3A3-30KBUS电容设计要求和选用电容介绍n3A3-30K设计中，要求25度条件下，电容寿

4、命7年。nRIFA 公司的PEH506YEQ4180M4 n1800uF*10个,正负BUS各5个nESR Value=59mOHM, at 20 C 100Hz05001000150020002500300000.020.040.060.080.0790.015Esr_cap_20F( )Esr_cap_30F( )Esr_cap_40F( )Esr_cap_50F( )Esr_cap_60F( )2.95 10350FRIFA 1800uF电容ESR和温度,频率的关系F(Hz)ESR(OHM)20 C30 C40 C50 C60 C4.2 3A3-30K 主线路图-BUSC3I_CAP_I

5、NV_SPHASE_RPHASE_T0Q_INV2Q_PFC_R1I_CAP_PFC_SL112I_CAPI_CAP_PFC_RQ_INV3Q_PFC_R20+C21800uF*5I_CAP_INV_TQ_INV4I_CAP_PFC_T+C11800u*5Q_INV1+BUSI_CAP_INV_RD_PFC_R1PHASE_SPFCINV4.3.1 PFC流进BUS电容的电流分析-I_CAP_PFC0501001500204028.5768.494104effh Icapapfc_nlj ()1200jFig4. I_CAP_PFC电流谐波分析A00.0050.010.0150204060I1

6、_res_nl t i ( )()I2_res_nl t i ( )()I3_res_nl t i ( )()t i ( )Fig1. R,S,T 输入电流RSTAs00.0050.010.015020406046.8950I1res_nl t i ( )()I2res_nl t i ( )()I3res_nl t i ( )()0.020t i ( )Fig2. 三相PFC 正BUS DIODE电流 RSTAsFig3. PFC流进电容的电流I_CAP_PFCAs00.0050.010.0150.02020406080800Icapapfc_nli0.020t i ( )说明：本文以RCD满

7、载为例进行分析4.3.2 从BUS电容流出到逆变的电流分析-I_CAP_INV0501001500204032.3661.247104effhIcapainv_nlj()1500jFig4. I_CAP_INV电流谐波分析Fig.3 由电容流出到逆变的电流I_CAP_INV00.0050.010.015010020020050Icapainv_nli0.020t i ( )IcapTiI3_inv_nl t i ()() modinv3 t i ()()AFig.1 逆变电感电流R,S,T相R S TFig.2 逆变三相Q_INV1电流波形00.0050.010.015010020020050

8、IcapRiIcapSiIcapTi0.020t i ( )AR S T4.4.1 时域法分析BUS的谐波电流n时域分析法，是指在时域范围内，使用PFC电容电流减去INV电容电流，得到电容电流时域函数，对其函数傅立叶分解得到各次谐波的电流。对于PFC和INV开关频率相关的条件下，n此方法适用于PFC和INV开关频率相关的条件下, 在此条件下能够比较精确的分析谐波电流。)(_)(_)(_tINVCAPItPFCCAPItCAPI4.4.2 运用时域分析法分析电容谐波电流的结果0501001500204025.2411.567103effhIcap_nlj()1500jAFig4. 时域分析法电容

9、电流谐波分析Fig1. PFC电容电流波形00.0050.010.0150.02020406080800Icapapfc_nli0.020t i ( )ASIcap_nliIcapapfc_nliIcapainv_nli00.0050.010.0152000200Icap_nlit i ( )ASAFig3. 电容电流波形00.0050.010.015010020020050Icapainv_nli0.020t i ( )IcapTiI3_inv_nl t i ( )() modinv3 t i ( )()ASFig2. INV电容电流波形22)_()_(_jjjINVCAPIPFCCAPIC

10、API4.5.1频域法分析BUS的谐波电流n频域分析法，是指在频域范围内取I_CAP_PFC和I_CAP_INV各次谐波的正交量，作为电容电流的各次谐波。n这种方法适用于PFC和INV开关频率不相关的情况下，能够粗略估计BUS电容的谐波,适用比较广。22)_()_(_jjjINVCAPIPFCCAPICAPI4.5.2 频域分析法分析电容谐波电流的结果0501001500204033.1440Icapa_pos_nlj1500jAFig3. 频域分析法电容电流谐波分析22)_()_(_jjjINVCAPIPFCCAPICAPIFig1. I_CAP_PFC电流谐波分析0501001500204

11、028.5768.494104effhIcapapfc_nlj()1200jA0501001500204032.3661.247104effhIcapainv_nlj()1500jFig5. I_CAP_INV电流谐波分析A4.6 两种谐波分析方法的比较n两种方法的结果，整体上比较接近.0501001500204033.1440Icapa_pos_nlj1500jAFig2. 频域分析法电容电流谐波分析0501001500204025.2411.567103effhIcap_nlj()1500jAFig1. 时域分析法电容电流谐波分析低频电流0-60次谐波高频60-150次谐波时域分析法32.

12、8A1.74A频域分析法39A1.7A4.7 计算公式的参数选取njjjnLossESRIPPPPP1)(2)()()3()2()1(.ThLossahRPTTHoursAKvLCThBop)/(2谐波次数，选取最高150次谐波，计算损耗当风速低于1m/S，根据厂家提供经验数据Rth=7.2 C/W Kv与电容工作电压有关，3A3-30K 中BUS电压360V，根据厂家提供参数Kv=1.49；A=6000,表示当电容内部温度85 C时，电容寿命6000Hours,此参数厂家提供；B=85，表示电容温度参考点，与电容温度规格相同；C=12，厂家提供参数。4.8 BUS电容的寿命分析结果n以频域分析得到的电容谐波结果进行BUS寿命分析，假设电容内部温度为40 C, 50 C, 60 C时，分别推算出Ploss, Ta, Life如下表.n通过量测电容表面温度，可以推算出电容寿命。3A3-30K在常温常压，RCD 满载条件下测得，电容表面光温度最高为32度，因此可以根据下表判断，电容寿命大于7年。符合设计要求。Th4