本文主要介紹的是關于紋波電流以及鋁電解電容紋波電流計算方法，并詳細對鋁電解電容進行了全面的闡述。更多關于電容參數計算以及方案，請咨詢上海工品實業有限公司技術人員。
紋波電流
紋波電流或電壓是指的電流中的高次諧波成分,會帶來電流或電壓幅值的變化,可能導致擊穿,由于是交流成分,會在電容上發生耗散,如果電流的紋波成分過大,超過了電容的最大容許紋波電流,會導致電容燒毀。
額定紋波電流（ IRAC ）
額定紋波電流 IRAC 又稱為最大允許紋波電流。其定義為：在最高工作溫度條件下電容器最大所能承受的交流紋波電流有效值。并且指定的紋波為標準頻率（一般為 100Hz–120Hz ）的正弦波。
基本含義
紋波電流在這里指的是流經電容器的交流電流的 RMS 值，其在電壓上的表現為脈動或紋波電壓。電容器最大允許紋波電流受環境溫度、電容器表面溫度（及散熱面積）、損耗角度（或 ESR ）以及交流頻率參數的限制。溫度是電解電容器件壽命的決定性因素，因此由紋波產生的熱損耗將成為電容壽命的一個關鍵參考因數。
在一些資料中將此二者稱做“漣波電流”和“漣波電壓”，其實就是 ripple current，ripple voltage。 含義即為電容器所能耐受紋波電流/電壓值。 它們和ESR 之間的關系密切，可以用下面的式子表示：
Urms = Irms × R
式中，Urms 表示紋波電壓
Irms 表示紋波電流
R 表示電容的 ESR
由上可見，當紋波電流增大的時候，即使在 ESR 保持不變的情況下，漣波電壓也會成倍提高。換言之，當紋波電壓增大時，紋波電流也隨之增大，這也是要求電容具備更低 ESR 值的原因。疊加入紋波電流后，由于電容內部的等效串連電阻（ESR）引起發熱，從而影響到電容器的使用壽命。一般的，紋波電流與頻率成正比，因此低頻時紋波電流也比較低。
鋁電解電容紋波電流計算方法
鋁電解電容的在實際應用中的一個重要參數是紋波電流，此電流關系到電解電容的帶載溫升，在電容壽命計算時候，在不測量電解電容中心點溫度的情況下，可以通過此紋波電流來估計電容的設計壽命，鋁電解電容常被用在整流模塊后以平穩電壓。
控制某一紋波電壓所需的電容容值為：
負載功率（單位?W?）
注意：這是應用所需要的最小電容容值。此外，電容容值有誤差，在工作壽命期內，容值會逐步降低，隨著溫度降低，容值也會降低。
必須知道主線及負載側的紋波電流數據。可以首先計算出電容的充電時間。??是電網電流的頻率。
電容的放電時間則為：
充電電流的峰值為
是紋波電壓（?Umax?–?Umin?）
則充電電流有效值：
接下來計算放電電流峰值和有效值。
最后計算得出：整流模塊后紋波電流：
紋波電流的換算方法可以這樣:
假定電流在不同頻率下的發熱功耗相同,則有:
If12xESR?f1=?If22xESR?f2
從而:If2=(?ESR?f1/?ESR?f2)1/2x?If1??這里的?(ESR?f1/?ESR?f2)1/2就是頻率系數.
如果已知If1的大小,又因為ESR?f1,ESR?f2可以測試出來,因此If2的值就能計算出來.
鋁電解電容紋波電流測試方法
1、一次側Bulk?Cap.紋波電流?
說明：一次側Bulk?Cap.紋波電流通常由基本頻率(低頻率)和高頻(開關頻率)電流構成，因此在計算時，要通過合成公式，利用頻率系數計算出其在指定頻率下的合成有效值。(如圖1所示)
R/C(Ripple?Current)?=?Lowf(Low?Freq.Current)
一次側Bulk?Cap.是指:一次側主電解電容;Lowf是指:低頻紋波電流有效值
2、二次側Filter?Cap.紋波電流?
說明:二次側Filer?Cap.紋波電流通常由高頻電流構成。
R/C(Ripple?Current)?=?Hif(High?Freq.?Current)
二次側Filter?Cap.是指二次側濾波電解電容。
3.溫度
Temperature?Meas.?=?Cap.?Case?實測值.———此處指電容殼溫
鋁電解電容紋波電流判定方法
1、R/C?Stress與Cap.?R/C?Spec.(電容紋波規格值)?比對,計算降額比例；
2、依零件降額使用標準判定,R/C?Stress是否符合設計及應用的要求。
此電解電容規格值?:?Ripple?Current紋波電流=0.67Arms(120Hz/Max Temp.(105℃)
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電容發熱的主要因素
紋波是導致電容自發熱的原因之一，電容起著電荷庫的作用，當電壓增加時，它們被充電；電壓降低時，它們向負載放電；它們實質上起著平滑信號的作用。當電容受到紋波電壓非直流電壓時，電容將經歷變化的電壓，并根據施加的電源，還可能有變化的電流，以及連續和間歇性的脈動功率。無論輸入形式為何，電容電場經歷的變化將導致介電材料中偶極子的振蕩，從而產生熱量。這一被稱為自發熱的反應行為，是介電性能成為重要指標的主要原因之一，因為任何寄生電阻(ESR)或電感(ESL)都將增加能耗。
理論上，一個完美的電容，自身不會產生任何能量損失，但是實際上，因為制造電容的材料有電阻、電感，電容的絕緣介質有損耗，各種原因導致電容變得不“完美”。一個不“完美”的電容其等效電路可看成由電阻、電容、電感組成，如下圖為一個不“完美”的鉭電容，其等效電路由電阻、電容、電感、二極管串并聯電路組成。
AVX TAJ系列規格100uF/16V鉭電容器詳細等效電路圖
容量與頻率關系曲線
DF與頻率關系曲線
ESR、Z與頻率關系曲線
由上圖可知，該鉭電容器SRF（自諧振頻率）在500KHz左右，該點Z值最小，諧振頻率點之前電容呈容性，諧振點之后電容呈感性，也就是說在頻率很高，超過電容自諧振頻率的情況下，電容就不在是”電容”了 ，此時的功率損耗主要由電容的寄生電感引起，P耗=I2rms·2πf·L，所以高頻下，低ESR、ESL電容的發熱少。
電容電介質很薄，就電容的總質量來說，它可能僅占一小部分，所以在評估波紋時，也需考慮其結構中所用的其它材料。例如，無極性電容(如陶瓷或薄膜電容)中的電容板是金屬的；而極性電容(如鉭或鋁)，具有一個金屬陽極(而在鈮氧化物技術中，陽極是導電氧化物)和一個電解質陰極(如二氧化錳或導電聚合物)。在內外部連接或引腳上，還有各種導電觸點，包括金屬(如：銅、鎳、銀鈀和錫等)和導電環氧樹脂等都會增加阻抗成份，當AC信號或電流通過這些材料（材料阻抗成份即電容器等效串聯電阻ESR）時，它們都會有一定程度的發熱。
要了解這些因素如何發揮作用，我們以使用固體鉭電容器在直流電源輸出級平滑殘留AC紋波電流為例。首先，由于它是有極性電容器，所以需要一個正電壓偏置，以防止AC分量引起反向偏壓情況的發生。該偏置電壓通常是電源的額定輸出電壓。
紋波電壓疊加在偏置電壓上
Voltage:電壓?Time:時間
鉭電容紋波發熱是由于通過鉭電容的紋波電流在鉭電容等效串聯電阻上生產了功率損耗。我們看由在給定頻率下電流的紋波值在鉭電容等效串聯電阻產生的功耗(等于I2R，其中“I”是電流均方根[rms])。
P耗=I2rms·ESR（由紋波電流引起的功耗）
Irms：一定頻率下的紋波電流，ESR：電容等效串聯電阻。
我們以考察一個正弦紋波電流及其RMS等效值入手。如果在某一頻率，我們使一個1A Irms的電流流經一個100mΩESR的電容，其產生的功耗是100mW。若連續供電，基于電容元件結構和封裝材料的熱容量、以及向周圍散熱所采取的所有措施(例如：對流、傳導和輻射的組合)，該電流將使電容在內部發熱，直到它與周圍環境達到平衡。
電容發熱的次要因素
另外在我們考慮紋波前，我們必須注意由施加的直流偏壓產生的發熱。電容不是理想器件，一種寄生現象是跨接介電材料的并聯電阻（RLi），該電阻將導致漏電流的發生。這個小DC電流會導致發熱，但是不像其它典型應用的紋波狀態，該發熱通常可忽略不計。電容漏電流引起的功耗可由下式計算：
P耗=I2DCL·R（由漏電流引起的功耗）
IDCL：指鉭電容漏電流， R：是跨接介電材料的并聯電阻(近似于鉭電容絕緣電阻)
如圖1中100uF/16V鉭電容等效電路的絕緣電阻RLi等于1.1MΩ,在室溫下，其IDCL不超過10uA(100uA@85℃)，所以其最大功耗約為0.11mW，在這種情況，紋波發熱是DC漏電流發熱的1000倍，因此后者(如前所述)可以忽略不計。
當工作電壓超過電容最大承受電壓、極性電容反向、電容器介質絕緣性能下降等情況使用，此時電容發熱主要由漏電流引起，如下圖以電解電容為例說明。
電解電容器為極性電容，因電解電容器介質氧化膜具有單向導電性，下圖為電解電容介質氧化膜耐壓與漏電流伏安特性曲線圖，與二極管伏安特性圖類似。
電解電容器介質氧化膜V-I特性曲線圖
圖6為電解電容器介質氧化膜V-I特性曲線圖，決定了電解電容器單向導電性，是有極性電解電容器。由于陰極箔表面有自然氧化的氧化膜，可耐極低的反向電壓。給電解電容器加反向電壓，會造成電解電容器陽極表面介質氧化膜擊穿、破損，且在反向電流作用下破損的介質氧化膜無法修復，導致介質氧化膜絕緣性能下降，電解電容器內部漏電流DCL會急劇增大，內部漏電流DCL通過絕緣電阻會產生功率損耗，最終導致電解電容器發熱。可以說漏電流是衡量電容器介質絕緣性能好壞的標志，對于一些精密電路和漏電流敏感電路使用電容器時，檢測電容的漏電流或絕緣電阻是不可忽略的。
結語
簡而言之，引起電解電容發熱的主要因素是疊加在直流上的紋波，通俗點就是耐壓不夠或者內部漏電。
關于鋁波電流以及鋁電解電容紋波電流相關介紹就到這了，希望本文能對你有所幫助。
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