紋波電流產生的熱量引起電容的內部溫升
，加速電解液的蒸發，當容值下降20%或損耗角增大為初始值的2~3倍時
，預示著電解電容壽命的終結。通過檢查電容器上(shang)的(de)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)，可(ke)預(yu)測(ce)電(dian)容(rong)器(qi)的(de)壽(shou)命(ming)。本(ben)文(wen)以(yi)連(lian)續(xu)工(gong)作(zuo)模(mo)式(shi)的(de)反(fan)激(ji)變(bian)換(huan)器(qi)輸(shu)出(chu)電(dian)容(rong)分(fen)析(xi)為(wei)例(li)
，重(zhong)點(dian)從(cong)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)角(jiao)度(du)全(quan)麵(mian)分(fen)析(xi)電(dian)解(jie)電(dian)容(rong)的(de)選(xuan)型(xing)與(yu)壽(shou)命(ming)。

 

 

假設已知連續工作模式的反激變換器，其輸出電流Io為1.25A，紋波率r為1.1，占空比D為0.62
，開關頻率為60kHz，由此可以計算次級紋波電流ΔIo和有效值電流Io.rms。

 

次級紋波電流ΔIo：

 

 

有效值電流Io.rms：

 

 

最終得到流過輸出電容的紋波電流：

 

 

圖1直觀的顯示了該電容的紋波電流波形：

 

圖1.紋波電流波形

 

 

由上述計算分析得到流過電容的紋波電流為1.72A
，綜合考慮體積和成本
，選擇了紋波電流為1.655A的電解電容。

 

該(gai)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)需(xu)在(zai)電(dian)源(yuan)開(kai)關(guan)頻(pin)率(lv)下(xia)選(xuan)擇(ze)，如(ru)下(xia)圖(tu)某(mou)廠(chang)家(jia)電(dian)容(rong)手(shou)冊(ce)的(de)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)有(you)頻(pin)率(lv)因(yin)子(zi)，不(bu)同(tong)頻(pin)率(lv)下(xia)的(de)紋(wen)波(bo)電(dian)流(liu)不(bu)同(tong)。高(gao)頻(pin)低(di)阻(zu)電(dian)容(rong)均(jun)會(hui)給(gei)出(chu)100kHz下的紋波電流，本設計開關頻率為60kHz，頻率因子為0.96~1之間

，在此取1即可。

 

圖2.電容紋波電流頻率因子

 

注：紋波電流還有一個溫度係數
，例如105℃電容
，在85℃環境溫度下
，允許的最大紋波電流約為額定最大紋波電流的1.73倍
，該參數一般不在電容手冊中體現。

 

 

測試電解電容紋波電流時，需將電容引腳穿入電流探頭中
，通過示波器可讀得交流有效值。本設計實例的紋波電流測試結果如圖3所示，示波器讀得有效紋波電流為1.64A，與理論設計接近。因此理論計算具有較大的工程指導意義。

 

圖3.實測電容紋波電流

 

 

測量容體表麵溫度Ts：需在電容器側麵的中間位置進行，如果由於外部影響導致電容器表麵溫度不均勻
、不穩定，需綜合測量電容器表麵4個點的溫度，再取平均值。

 

測量環境溫度Tx：熱電偶需放置在離鋁殼表麵20毫米左右處，如果空間不足
，則保持最小10毫米距離，如果由於外部影響導致附近環境溫度不均勻、不穩定，則需綜合測量4個點以上的溫度
，再取平均值。

 

圖4.環境溫度與表麵溫度測量

 

 

本設計，選擇的電解電容為-40~105℃、5000小時、1.655A紋波電流的高頻低阻電解電容，最高實測環境溫度Tx為80℃，殼體表麵溫度Ts為85℃。則其壽命估算如下步驟如下。

 

（1）估算實際內核溫升：

 

 

其中：

 

△To為To時允許的內核溫升
，即額定紋波電流時的電容器芯子溫升，此次選擇的105℃電容△To為5℃
，可查原廠或行業資料得到；

 

△Tx為實際內核溫升；

 

Ix為實際紋波電流1.64A；

 

Io為額定紋波電流1.655A。

 

（2）估算電容壽命：

 

 

其中：

 

Lo為額定壽命5000小時；

 

To為最高額定工作環境溫度105℃
；

 

Tx為實際環境溫度80℃。

 

當由於環境因素影響，Tx不易獲得時
，可用Ts替代，這可以進一步提供安全餘量保證產品售壽命。