电容降额

         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。

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。

参数

工作条件

降额要求

环境温度

稳态最坏

≤Tmax-10℃

瞬态最坏

≤Tmax

工作电压

稳态最坏 （持续工作）

额定电压≤315V时，≤0.9*额定电压

额定电压＞315V时，≤0.95*额定电压

瞬态最坏 （非周期浪涌）

额定电压≤315V时，≤1.10*额定电压（Peak）

额定电压＞315V时，≤1.15*额定电压（Peak）

反向电压

稳态最坏

禁止施加持续的反向电压

瞬态最坏

≤0.5V（peak）

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。

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。

器件类型

降额参数

条件

降额要求

固体钽电解电容（MnO2）

工作电压Va

稳态最坏

≤50%

瞬态最坏

≤55%

环境温度Ta

稳态/瞬态最坏

≤Tmax-20℃

反向电压Vre

稳态最坏

禁止施加持续反向电压

瞬态最坏

≤2%额定工作电压