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8、电解电容—数据手册解读

news 来源：原创 2025/6/5 20:08:31

1、寿命

2、Rated Voltage 额定电压(VR)

3、Capacitance 额定容量(CR)

4、Surge Voltage 浪涌电压(VS)

5、Leakage Current 泄漏电流(ILC)

6、Dissipation Factor (Tanδ)损失角正切值

7、Ripple Current 纹波电流(IRC, rms)

8、参数特性

9、寿命计算

9.1 以江海为例：

1、计算工作环境温度寿命系数KT

2、计算中心纹波电流引起温升寿命系数KR

3、计算工作电压寿命系数KV

9.2 Vishay

9.3 尼吉康

在电路设计中，电解电容广泛应用于电源滤波、能量存储等场景。然而，面对数据手册中繁杂的参数，很多工程师可能会感到困惑。本文以电解电容为例，将系统解析电解电容的关键参数。

1、寿命

电解电容的寿命通常指在额定温度、额定电压和额定纹波电流下，电容参数（容值、ESR）劣化至失效标准的时间。

从下图可知，在不同的工况下电容的寿命不一样。Vishay的数据手册给的算是比较详细的了，不同工作环境中的寿命都有给出。想其他的一些数据手册仅仅给出Load life:105℃ 2000 hours. 2000小时换算成天数也就83天，83天就失效显然不符合常规。以2000hrs的寿命类型为例，这意味着这款电容在额定电压以及125℃温度下，其电容容值相对于其额定值变化量不超过30%，损耗角相对于其额定值变化量不超过300%，漏电流不超过其初始值，如果电解电容在连续工作2000hrs仍能满足这些条件，就认为寿命是2000hrs，当然了这里说的满足是批量性的满足，意味着2000hrs类型的电容都能满足这些条件。

2、Rated Voltage 额定电压(VR)

官方定义：在指定温度范围内（通常-40℃~+105℃），电容可连续承受的最高直流电压。

电容厂家一般会告知合适的降额使用标准，注意电容的额定电压在高温区是要下降的。

基本电压裕量原则

工业通用规则：工作电压 ≤ 80% × 额定电压

例如：24V系统至少选择35V电容（24/0.8=30V，就近选35V）。

严苛环境（高温/高纹波）：工作电压 ≤ 70% × 额定电压

例如：汽车电子12V系统推荐25V电容（12/0.7≈17V）。

电压降额的必要性

场景	降额原因	后果（若不降额）
电压瞬态尖峰	电源开关、感性负载会导致电压突变（如24V系统可能产生40V尖峰）	电容击穿短路
高温环境	高温下氧化膜绝缘性能下降，耐压能力降低	漏电流增大 → 寿命缩短
长期老化	电解液逐渐干涸，实际耐压能力随时间下降	随机失效风险增加

交流电压与直流电压

直流电压（DC）：
额定电压直接适用（如35V电容可用于35V DC电路）。
交流电压（AC）：
需换算为等效直流电压：

例如：220V AC系统需选择耐压≥400V的电容（220×1.414≈311V，考虑裕量选400V）

3、Capacitance 额定容量(CR)

额定容量（CR, Capacitance Rating）是电解电容的核心参数之一，直接影响滤波效果、能量存储和电路稳定性。

定义：在标准测试条件（通常20℃, 120Hz）下，电容标称的电容量值。实际容量受温度、频率、老化影响显著容量和耐压值一样，所以使用时需要降额使用

4、Surge Voltage 浪涌电压(VS)

浪涌电压是电解电容在瞬态过压下的耐受能力参数，直接影响电容的可靠性和电路安全性。

电容在短时间内（通常几秒）可承受的超出额定电压的峰值电压，一般标注为 Vsurge或 VS。

典型值：额定电压的1.15~1.3倍（如35V电容的浪涌电压可能为40V）。
测试条件：通常规定在25℃下，持续几秒至几分钟（如60秒）。

下图为TDK直插电解电容的参数，浪涌电压为额定电压的1.5倍。

5、Leakage Current 泄漏电流(ILC)

额定电压下，工作5分钟的平均漏电流（有些手册也定义2min）。电容的绝缘电阻越大，漏电流越小。铝电解电容的漏电流在所有电容中漏电流是最大的，因此成为选型铝电解电容的关键参数指标。陶瓷电容的漏电流很小。

注意，漏电流与温度也有非常紧密的关系，温度越高，漏电流越大。下图为TDK的泄漏电流参数，并给出了泄露电流的计算公式

CR：标称容量（单位μF）。

VR：额定电压（单位V）。

系数0.01：工业通用标准系数（单位μA/(μF·V)）。

6、Dissipation Factor (Tanδ)损失角正切值

这个和MLCC的定义一样。参考之前的文章。

7、Ripple Current 纹波电流(IRC, rms)

纹波电流是指流过电容器电流的交流部分。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。一般纹波电流对电解电容器最主要的影响就是使其发热，因为电解电容器的等效串联电阻（ESR）相对比较大，一般为数十毫欧姆到十几欧姆，这样纹波电流流过ESR就会有明显的功率损耗，使电容器发热。而且流过电容器的纹波电流越大，在电容器ESR上产生的损耗也会随之增大，由功率损耗产生的热会明显降低电解电容器的使用寿命。如果电解电容器工作在超出其纹波电流额定值的条件下，就会使电容器因核心过热而导致失效或损坏。

频率升高，ESR下降，纹波电流就越容易流过，所以规格书一般会给出rated ripple 和频率修正系数。这样就得出了不同频率下的纹波电流。其实就是一个曲线图，只不过做成了表格形式。

8、参数特性

以下Vishay MAL215099114E3为例进行解读

8.1 电容容量变化特性曲线：

下图展示不同电压等级电解电容（10V/63V/100V）的相对容量（C/C₀）随温度变化的趋势。容量随温度升高呈正相关。容量随频率升高呈负相关。

8.2 Tanδ随温度变化特性曲线：

无功功率：是电容、电感周期性吸收和释放的能量。

有功功率：指等效串联电阻（ESR）消耗的能量

显然Tanδ越大发损耗越高。从下图看，高温稳定性更优，但低温仍存在劣化。

8.3 ESR变化特性曲线

下图展示不同电压等级电解电容的相对ESR（ESR/ESR0）随温度变化的趋势。ESR随温度升高、频率的增加趋于稳定。

8.4 阻抗变化特性曲线：

低温区的电容阻抗显著升高，高达常温下阻抗10倍以上。高温区阻抗降低。

随着频率的升高，电容的阻抗减小，在高频区趋于稳定。

9、寿命计算

对于不同的厂家生产的电解电容或者同一厂家生产的不同种类的电解电容，都有不同的寿命计算公式，但其计算方法的相同之处都是计算三个系数。

9.1 以江海为例：

1、计算工作环境温度寿命系数KT

一般来说，各种型号的工作环境温度系数计算方法大多一致：

其中T A 为工作环境温度；T 0为寿命L 0下的环境工作温度，一般由参数规格书给出。

2、计算中心纹波电流引起温升寿命系数KR

Kwenbo : 额定电流纹波加速系数，由计算手册给出

I A：实际工作纹波电流，可由频率合成公式合成

I R：对应L 0的额定工作温度下的额定纹波电流

ΔT：对应L 0的额定工作温度下的电容中心允许温升

3、计算工作电压寿命系数KV

具体的计算公式会有不同，总之寿命是由温度、纹波电流和工作电压共同决定的

9.2 Vishay

在Vishay的电容手册中给出如下数据：

上表做如下解释：

列名	含义
LIFE CODE	寿命等级代码，通常用于电容器的产品命名中，标识其额定寿命等级。
ENDURANCE AT 105 °C (h)	电容在105℃高温、额定电压和额定纹波电流下进行持续运行的最小耐久测试时间（单位：小时）。这是通过加速老化测试验证的值。
USEFUL LIFE AT 105 °C (h)	电容在105℃、正常运行条件下（实际工作状态下）的预期寿命。通常比耐久时间略长，考虑了安全裕量。
USEFUL LIFE AT 40 °C, 1.8×IR APPLIED (h)	在温度降低到40℃、但电流为额定纹波电流的1.8倍时的推算使用寿命。这是应用中更接近真实工况的估算值。一般根据 Arrhenius 规律或厂家经验推算得出。