电阻电容的降额设计要求有哪些呢?

电阻

01

[1]:电阻上存在不超过1s的脉冲负荷时要同时满足瞬态降额要求。脉冲大于1s时仍然按照稳态降额评估。

[2]:电阻降额需要同时满足功率、电压和温度的降额要求。

01

平均功率

计算平均功率时,电压使用Vrms有效值,当电压不是恒定值时计算需要考虑脉冲状态,如时钟匹配电阻。需要注意,额定功率值厂家有时使用峰值功率,有时使用平均功率。

采购的绝大多数电阻额定环境温度Ts为70℃,所以如果能保证电阻器工作温度在70℃以下,采用60%功率降额即可。如果电阻器工作温度高于70℃,则需要按照公式计算。

02

脉冲功率

脉冲功率按照单脉冲、多脉冲来划分。不同系列电阻的单脉冲峰值功率曲线不同,而不同厂家的多脉冲评估方法可能存在差异,具体应用时需要查阅厂家资料。

峰值脉冲功率Pm在不同脉宽下的值不同,一般来说Pm会以图表的形式呈现在电阻的datasheet中,如下图所示:

(1)这里脉冲宽度ti以矩形波为准,如下图所示是脉宽为t1的矩形波,评估该波形下的Pm可以直接将ti=t1,之后在图表中得到对应的Pm值:

(2)非矩形波脉冲需要转换成矩形波再查阅表格确定Pm的值,以下是几种典型非矩形波脉冲的转换方法,在这里t1是等效脉宽:

(3)多脉冲波形的峰值脉冲功率Pm按照脉宽t1、通断比t2/t1(上面给出的图表例子中,多脉冲的通断比tp/ti=1000),t1和t2定义如下:

(4)环境温度高于70℃时,需按照温度曲线进一步降额:

03

稳态电压

稳态电压要求不超最高工作电压Ur的70%。Ur取 (Pr*R)0.5值与同系列最高使用电压中的较小值。

如某0.25W/1MΩ的电阻,(Pr*R)0.5=500V,查阅厂家手册,最高使用电压为250V,则最高工作电压Ur取值为250V。

04

脉冲电压

脉宽<1s时,若无特殊规定,峰值脉冲电压Um取同系列电阻的最高过负荷电压。

脉宽≥1s时,按稳态电压的要求降额。

电容

02

与电阻一样,电容存在稳态、瞬态两种工作状态。

电压电流的瞬时变化波形脉宽≥1s,或者周期性的电压/电流可以视为稳态工作状态。稳态工作状态下,存在某一点(区域)对应器件某项参数的最大应力,则可以称为稳态条件下该项应力最坏情况。

瞬态工作条件为波形脉宽<1s,且非周期性电压/电流。

划分环境温度的稳态、瞬态依据:一定时间内(天),异常温度(一般为高温)时长不超过整个时长的1%为瞬态,反之则为稳态工作环境。瞬态工作环境下,该区域中某一点对应器件某项参数的最大应力,称为瞬态条件下的该项应力最坏情况。对稳态工作环境来说,则是稳态条件下该项应力最坏情况。

01

非固体铝电解电容

非固体铝电解电容的封装有插装和贴片两种,降额的要求相同。

纹波电流(Irms

电容器件在应用中的纹波电流可以大于额定值,但不应超出安全应用区域。如果应用中电容的充放电电流超出安全应用区域,需要具体评估应用风险。在计算安全应用区域时,需要注意按照频率系数,将纹波电流折算到额定纹波电流的相同频率上。电容的安全应用区域定义如下图所示:

寿命估计

一般来说,单板采用的电容使用寿命需要≥80%*单板设计寿命,以保证单板按照设计寿命正常工作。电容的寿命估计有以下两种方法:

(1)芯温法

将电容芯的核心温度(Tcore)作为输入条件,计算电容器寿命的方法。对于体积较大的焊片型(snap-in)和螺栓型(screw)高压铝电解电容,推荐采用芯温法估算寿命。

(2)纹波电流法

将电容工作时的充放电电流和环境温度作为输入条件,计算电容寿命的方法。对于体积较小的表贴型(v-chip)和引线型(radical)铝电解电容,推荐采用纹波电流法估算寿命。

对于液态铝电解电容,应根据实际应力条件估算应用寿命。寿命计算的基本理论模型是“10度法则”,即应用温度每降低10℃,电容器的应用寿命翻倍。详细的寿命估算方法可以咨询厂商获取。

这里对中高/低压液体铝电容的寿命估计公式进行简单介绍:

中高压液体铝电容(>100V):

Lx= Lo*2(To+δTo-Tcore)/10*(Ur/Ux)2.5,(当Ux<0.8*Ur时,Ur/Ux按1.25计算)

低压液体铝电容(≤100V):

Lx= Lo*2(To+δTo-Tcore)/10

公式中的符号含义如下:

Lo:标称寿命,To:额定温度,δTo:标称寿命定义条件下的电容温升

Ur:额定电压,Ux:实际应用电压,Tx:电容工作环境温度,低于40℃时按照40℃计算

Tcore:应用条件下电容芯温度,芯温低于40℃时按照40℃计算

δTx:纹波电流造成的电容芯温升高。当处于自然散热时,以下式估算:

δTx= δTo*(Ix/Kf/Io)2,

这其中参数为:

Kf:纹波电流频率因子,由ESR频率特性决定,可参考datasheet获取。

Ix:实际测量纹波电流的有效值,需要测量。

Io:额定纹波电流,低阻抗低压液体铝电解电容一般定义100kHz时的额定纹波电流,其它类型液体铝电容一般定义120Hz时的额定纹波电流,具体可参考datasheet。

02

固体电解电容

固体电解电容大体上可以分为钽电容、插装固体铝电解电容、表贴固体铝电解电容。

表贴固体铝电解电容有两种外形:塑封外形和圆柱形(v-chip)。塑封外形表贴固体铝电容内部为叠层结构,圆柱形(v-chip)表贴固体铝电容内部为卷绕结构。

钽电容包括以MnO2为阴极材料的普通钽电解电容、以导电聚合物Polymer为阴极材料的Polymer钽电解电容。

MnO2固体钽电容最终工作电压降额的选取还与温度、电源回路阻抗、电源上下电等有关。表中提供的参数估计值仅为最低要求,实际的降额选取应根据电路应用条件来做调整。

从实际应用统计及钽电容自身结构分析,高耐压高CV值MnO2钽电容(≥25V/10uF)可靠性相对于低压钽电容要差。不建议12V以上的电路使用MnO2钽电容。除了某些高阻抗、限流或者控制电路中,12V以上耐压需求可以考虑选择25V以上耐压电容外,低阻抗电源滤波不建议选择高耐压系列MnO2钽电容。

MnO2固体钽电容的降额还应注意根据以下情况作调整:

(1)回路低阻抗(<0.1Ω/V,不考虑并联电容电抗)的条件下,工作电压至少降额到30%额定工作电压以下。正常工作中,高温>85℃的情况,工作电压建议降额到20%额定工作电压以下。

(2)在上下电受到浪涌冲击电流过大时(单颗电容浪涌电流>3A、电压变化率>0.01V/us),降额幅度最好考虑增加,同时应选择ESR大一些、容量小一些的多个电容并联的方式来分摊冲击电流。

(3)注意避免因过度降额导致高耐压钽电容(≥25V)应用于低压电路的情况。

版权声明:
作者:网友投稿
链接:http://qiangcao.com/zs/678.html
来源:轩哥技术分享
文章版权归作者所有,未经允许请勿转载。

THE END
分享
二维码
< <上一篇
下一篇>>