纹波电流到底为何物?铝电解电容的纹波电流如何计算?

电源研发精英圈 2019-03-30 20:00

本文主要介绍的是关于纹波电流以及铝电解电容纹波电流计算方法,并详细对铝电解电容进行了全面的阐述。

纹波电流

纹波电流或电压是指的电流中的高次谐波成分,会带来电流或电压幅值的变化,可能导致击穿,由于是交流成分,会在电容上发生耗散,如果电流的纹波成分过大,超过了电容的最大容许纹波电流,会导致电容烧毁。

额定纹波电流( IRAC )

额定纹波电流 IRAC 又称为最大允许纹波电流。其定义为:在最高工作温度条件下电容器最大所能承受的交流纹波电流有效值。并且指定的纹波为标准频率(一般为 100Hz--120Hz )的正弦波。

基本含义

纹波电流在这里指的是流经电容器的交流电流的 RMS 值,其在电压上的表现为脉动或纹波电压。电容器最大允许纹波电流受环境温度、电容器表面温度(及散热面积)、损耗角度(或 ESR )以及交流频率参数的限制。温度是电解电容器件寿命的决定性因素,因此由纹波产生的热损耗将成为电容寿命的一个关键参考因数。

在一些资料中将此二者称做“涟波电流”和“涟波电压”,其实就是 ripple current,ripple voltage。 含义即为电容器所能耐受纹波电流/电压值。 它们和ESR 之间的关系密切,可以用下面的式子表示:

Urms = Irms × R

式中,Urms 表示纹波电压

Irms 表示纹波电流

R 表示电容的 ESR

由上可见,当纹波电流增大的时候,即使在 ESR 保持不变的情况下,涟波电压也会成倍提高。换言之,当纹波电压增大时,纹波电流也随之增大,这也是要求电容具备更低 ESR 值的原因。叠加入纹波电流后,由于电容内部的等效串连电阻(ESR)引起发热,从而影响到电容器的使用寿命。一般的,纹波电流与频率成正比,因此低频时纹波电流也比较低。

铝电解电容纹波电流计算方法

铝电解电容的在实际应用中的一个重要参数是纹波电流,此电流关系到电解电容的带载温升,在电容寿命计算时候,在不测量电解电容中心点温度的情况下,可以通过此纹波电流来估计电容的设计寿命,铝电解电容常被用在整流模块后以平稳电压。

控制某一纹波电压所需的电容容值为: 

负载功率(单位 W )

注意:这是应用所需要的最小电容容值。此外,电容容值有误差,在工作寿命期内,容值会逐步降低,随着温度降低,容值也会降低。 

必须知道主线及负载侧的纹波电流数据。可以首先计算出电容的充电时间。 

fmain是电网电流的频率。

电容的放电时间则为:

充电电流的峰值为

dU是纹波电压( Umax – Umin )

则充电电流有效值:

接下来计算放电电流峰值和有效值。

最后计算得出:整流模块后纹波电流:

铝电解电容纹波电流测试方法

说明:一次侧Bulk Cap.纹波电流通常由基本频率(低频率)和高频(开关频率)电流构成,因此在计算时,要通过合成公式,利用频率系数计算出其在指定频率下的合成有效值。(如图1所示)

R/C(Ripple Current) = Lowf(Low Freq.Current) 

一次侧Bulk Cap.是指:一次侧主电解电容;Lowf是指:低频纹波电流有效值

2、二次侧Filter Cap.纹波电流 

说明:二次侧Filer Cap.纹波电流通常由高频电流构成。

R/C(Ripple Current) = Hif(High Freq. Current)

二次侧Filter Cap.是指二次侧滤波电解电容。

3.温度

Temperature Meas. = Cap. Case 实测值.---------此处指电容壳温

铝电解电容纹波电流判定方法

1、R/C Stress與Cap. R/C Spec.(电容纹波规格值) 比对,计算降额比例;

2、依零件降额使用标准判定,R/C Stress是否符合设计及应用的要求。

此电解电容规格值 : Ripple Current纹波电流=0.67Arms(120Hz/Max Temp.(105℃)

结语

关于铝波电流以及铝电解电容纹波电流相关介绍就到这了,希望本文能对你有所帮助。

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