纹波电容计算

本文主要是通过纹波电流的计算，然后通过电容的热等效模型来计算电容中心点的温度，在得到中心点温度后，也就是得到电容的工作点最高的问题后，通过电容的寿命估算公式来估算电容的设计寿命。

首先，电容等效成电容、电阻（ ESR ）和电感（ ESL ）的串联。关于此请参考其他资料，接下来演示电容寿命计算步骤：

1 、纹波电流计算，纹波电流计算是得到电容功率损耗的一个重要参数，在设计电容时候，我们必须首先确定下来电流的纹波大小，这和设计规格和具体拓扑结构相关。铝电解电容常被用在整流模块后以平稳电压，我们在选择好具体拓扑结构后，根据规格要求得到最小的电容值：

控制某一纹波电压所需的电容容值为：

P: 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。

f main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（ U max – U min）

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：

这个有效值只是纹波电流的计算式，在复杂的市电输入的情况下，我们必须考虑各阶谐波的纹波有效值，也就是说要通过各阶谐波的有效值叠加，才是最后得到的电容纹波寿命计算的纹波，也就是需要将电流傅立叶分解。

2 、计算功率损耗

在得到纹波电流后，我们可以计算各阶电流的纹波损耗，然后将各阶纹波求和：

3 、计算电容中心点温度

得到功率损耗后，我们由电容的热等效模型（参考其他资料）计算中心点温度：

其中：

Th 电容为电容中心点温度 , 为电容最高温度，其值直接影响到电容寿命，是电容寿命计算公式中的重要参数。

Rth 为电容的热阻，其值和风速等有关 ,Ta 表示电容表面温度。

P Loss 为纹波电流的中损耗。

4 、计算电容寿命

得到电解电容中心点最高温度后，我们可以计算电容的寿命，各个电容生产厂商会有不同的电容寿命的计算参数，也有不同的电容寿命修正值，现我们介绍阿列纽斯理论来计算电容寿命，其公式是说，电容工作没下降 10 度，其寿命增加一倍，反过来也就是电容温度升高 10 度，电容寿命减小一倍：

Lop 为电容工作寿命，即设计寿命

Lo 为电容在最大温度时的寿命

Tmax 为电容的最大工作温度，在电容的说明书上会有电容的最大温度值

Th 为电容的实际工作时候的温度，也即以上计算出来的电容中心点温度。

以上 Lo 和 Tmax 都是电容产品规格书上的数据， Th 我们已经计算出来，故可以得到电容的设计寿命。其中阿列纽斯理论是一个经验总结的理论，各个厂商可能有自己的寿命计算公式，可以向各个厂商咨询，在本栏目的电容设计中也有介绍各个知名厂商的电容寿命计算公式，各位可以参考。

以上是电容寿命估算的一般步骤，当然，如果已经设计好了产品，我们还有一种方法来估计电容寿命，即已经有产品，我们来检验电容寿命设计是否合理，我们可以通过测试电容中心点温度的方法，然后通过电容的寿命计算公式来检验。