铝电解电容承受纹波分析

1、铝电解电容器承受纹波电流的能力分析CD11H-100V-1QF-M （相对应SAMXON GF Series ）产品在实际使用时，外形尺寸 610X20与616X25比较，前者易失效，而后者不易失效。初步分析如下：电解电容应用于电路中，主要是作为电源的滤波元件，讯号的旁路、耦合等，它们 在工作时有一个共同的特点就是在直流电压上要叠加不同频率的交流成份，即有纹波电压 作用在电容器上，从而就有纹波电流通过电容器。1）.当有纹波电流通过电容器时，一方面，由于功率损耗（P）而使电容器内部温度上 升、发热；另一方面，也通过电容器外表向周围附近环境散热（P）： TOC o 1-5 h z i . P =

2、I2r + V -、（1）式中：I纹波电流（Arms）r等效串联电阻（Q）IL.漏电流V.施加的直流电压因为V -1,I2r ，所以（1）式可近似为：P = I2 - r（2）ii. P =a - S -AT（3）式中：a.散热系数（W/cm2.P）S产品表面积（cm2）S =匕D （D + 4 L）AT.产品温升（C）（由纹波电流引起产品自身温度与环境温度的温差）当发热与散热达到平衡时，则有P=P即 12 - r =a - S -AT（4）依上述公式（4），则CD11H-100V-1中F-M的产品外壳尺寸不同，但在同一电 路同一位置使用时，所通过的稳波电流是相同的，此时产品温升为： 外壳尺寸

3、为6 10X20时：外壳尺寸为6 16X25时：AT10a AT10a - S10(5)12 -r一、AT = 16 16 (6)16则有AT r - S 4.6 x 3.14 x r 2。& 乂 r AT = r - S16 - 2.25 x 3.14 x r -. 黄则有1616101616分别取尺寸为610X20 &616X25的CD11H-100V-1QF-M的产品，在不同频率f）测其r值如下:f（Hz）120HZ (Q)1KHZ (Q)10KHZ (Q)100KHZ (Q)备注rr r101.4700.3700.1670.133Sample为万裕三信品r r161.5700.2080

4、.0490.032依公式（7）,则有(8)120 H 时，虬=2.06 x X = 2.06 x1470 牝 1.93 得 M = 1.930M(8) TOC o 1-5 h z Z直6二61.57010161KH 时，虬=2.06 x X = 2.06x 0370 牝 3.66 得 M = 3.66AT (9)ZA6匕0.2081016(10)10KH 时，AT = 2.06 x = 2.06 x 0167 俐 7.02 得 AT = 7.02A(10)ZA6r60.0491016100KH 时，纺=2.06 x = 2.06 x i 牝 8.56 得 AT = 8.56AT (11)ZA6

5、r60.0321016公式（8）、（9）、（10）、（11）所反应的是两个不同外壳尺寸产品在不同频率（f）下的温升关系，即如果在100KHZ时，尺寸为6 16X25产品的温升 T16为1C时，尺 寸为610X20产品温升为8.56C；因此可推断在100KHZ时，如果尺寸为616X25 的产品工作时，产品中心温度为40C，环境温度为25C时（产品温升 T16为15C）， 此时尺寸为610X20产品温升为T10=8.56x15C=128.4C，产品中心温度为128.4C +25C=153.4C完全超出了它的最高使用温度105 C，将对产品性能产生影响甚至防爆 阀打开失效。其它依此类推。2）.通常，

6、在产品目录或承认书中，都会根据产品的最大DF值或r值给出每个产品在特定频率下的最大允许纹波电流I（Max Allowable Ripple Current） （一般以温升5C左 右计），故对于CD11H-100V-1中F-M 610X20 & 616X25产品的最大允许纹波电流 计算如下： 依公式（4）12 =八二也则有i =广E（12）i.产品在100Hz频率下的最大允许纹波电流I 由电容器的r、tg 6、3关系tg&=3 C r知: TOC o 1-5 h z I=：匕严(13)将产品在120Hz的最大tg 6值(0.08)代入(13)式中，得外壳尺寸为6 10X20时：I = 0.002

7、x2xIgMX10X2.25X3J4x5。心 (由 100Hz) 100.08外壳尺寸为6 16X25时：I =匹2X100X正XI0 x4.60 x3.14x5 泊 106泌(网 y) 160.08ii.产品在1KHz、10KHz、100KHz频率下的最大允许纹波电流I 由公式(4)可知，对于同一个产品在不同频率下允许的纹波电流为：12 - r = 12 - r 得 I =，匕-1(14)则有11222 V r 12外壳尺寸为6 10X20时：I = J1470 x 74 注 147mA(at 1KHz)10 0.370 TOC o 1-5 h z 1.470、I =x74 牝 220mA(

8、at 10KHz)10 0.167.1.470、I =-x 74 牝 246mA(at 100KHz)10 0.133外壳尺寸为6 16X25时：1.570、I =x 106 牝 291mA(at 1KHz)16 V 0.208.1.570I =- x 106 牝 600mA(at 10KHz)16 V 0.0491.570I =x 106 牝 742mA(at 100KHz)16： 0.032上述结果分别为6 10X20. 6 16X25产品在实际使用时各频率下所能承受的最大 纹波电流（Max Allowable Ripple Current），其它频率下的 Max Allowable Ripple Current 可 依上述公式推算。总之，电容器在实际使用时如果超过电容器规定的Max Allowable Ripple Current，产 品温度就会升高，超出其最高使用温度，就会对电容器性能产生影响，从而影响整个电路。 因此，当设计电子线路时，须根据电容器使用的环境温度、所通过的纹波电流（或作用其 上的纹波电压）等，选择合适的电容器。如能确定实际纹波电流在尺寸610X20所能承受的最大纹波电流与尺寸616X25所 能承受的最大纹波电流之间，可试用尺寸为613X