纹波电流是什么 铝电解电容纹波电流计算方法

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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 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。

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。

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测试方法
1、一次侧Bulk Cap.纹波电流 

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℃)

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电容的输入和输出纹波电流曲线

纹波电流Ripple Current是流进电容的交流电流之所以称为纹波电流是因为其所关联的依附在电容的直流偏置电压上的交流电压的行进就像水上的纹波一样。纹波电流使电容发热，太高的温升将使电容超过它的最大可允许管芯的温度而很快损坏，但是工作于接近最大允许管芯温度将大大缩短预期的寿命。最大可允许的纹波电流决定于多大可被允许且仍能满足电容的负载寿命指标。
对于铝电解电容工作于最大允许管芯温度其负载寿命指标典型值是1000到10,000小时。即六个星期到一年零七个星期，对于大多数的应用这个时间都太短了。

纹波电流是由在额定温度下获得希望的温升所决定的。通常额定温度为85℃的电容允许的温升是10℃,最大允许管芯温度是95℃。

通常额定温度为105℃的电容允许的温升是5℃，最大允许管芯温度是110℃。纹波电流额定值通常假定电容是对流冷却，整个罐子与空气接触.0.006W/℃/in2的对流系数是假设温升是从空气到外壳，管芯温度假设与外壳温度相同.。

功率损耗等于纹波电流的平方乘以ESR , ( P=I (square)*R)。通常使用25℃,120Hz的最大的ESR，但是既然ESR随温度的增加而减少，所以可使用低于最大ESR的值去计算功率损耗。

这有一个例子，对于4700uF,450V,直径为3 inch(76mm),长为55/8 inchs(143mm) 的圆柱型电容,其25℃,120Hz最大的ESR是30mΩ，假设你想要这种电容纹波电流额定值。圆柱形的面积-不包括端子末端-是60.1in2(388平方毫米).热导系数是(0.006)(60.1)=0.36W/℃.对于10℃的温升,外壳可能损耗3.6W.所以对于最大的ESR是30mΩ可允许的纹波电流是11A.(3.6＝I square x 0.03)

像这个例子里的大的圆柱型电容忽略了从外壳到管芯的温升就会严重的夸大了纹波电流的容量.

对于工作温度小于额定温度额定纹波电流会增加。在技术指标中会显示增加量。一般增加量决定于最大管芯温度(Tc),额定温度(Tr)和环境温度(Ta)即:

纹波温度增量=[(Tc- Ta)/ (Tc- Tr)]1/2

高的纹波电流会使工作寿命小于预期寿命,因为电容时间越长其ESR越大对于相同的纹波电流发热量会增加。这加速了磨损。

工作频率不是120Hz时,要校正额定纹波电流.在技术指标中会显示增加量.通常增加量决定于预期随频率的变化的ESR,但是就像上面所讨论的,ESR是温度,电容量,额定电压和频率复杂的函数.所以很难产生一个精确模拟其对频率依赖的纹波-频率的增量表.对于高纹波电流的应用要确认在你感兴趣的频率下的ESR,并计算总的功率损耗.