開關電源應該如何選擇電解電容？

wangmurata

開關電源的壽命很大程度受到電解電容的制約，而電解電容的壽命取決于其內核溫升。本文從紋波電流計算、紋波電流實測、電解電容選型、溫度測試方法、壽命估算等方面，對電解電容作了全面的分析。
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。通過檢查電容器上的紋波電流，可預測電容器的壽命。本文以連續工作模式的反激變換器輸出電容分析為例，重點從紋波

電流角度全面分析電解電容的選型與壽命。
1、紋波電流計算
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。
2、電解電容選型
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。
該紋波電流需在電源開關頻率下選擇，如下圖某廠家電容手冊的紋波電流有頻率因子，不同頻率下的紋波電流不同。高頻低阻電容均會給出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。
　　3、紋波電流實測
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，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。
　　4、溫度測試方法
測量容體表面溫度Ts：需在電容器側面的中間位置進行，如果由于外部影響導致電容器表面溫度不均勻、不穩定，需綜合測量電容器表面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面20毫米左右處，如果空間不足，則保持最小10毫米距離，如果由于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。
5、電解電容壽命估算
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℃，殼體表面溫度Ts為85℃。當由于環境因素影響，Tx不易獲得時，可用Ts替代，這可以進一步提供安全余量保證產品售壽命。

綜上，開關電源在對電容選材上面要求還是比較嚴格的，選材的好壞決定著一個電源使用壽命的時長，另外，其他方面也會影響著開關電源壽命，如工藝水平，電感等都有一定的影響。
文章來源于：村田電容