Перейти к содержанию

Допустимый ток пульсаций конденсатора

Через конденсатор фильтра течёт не постоянный, а переменный ток: он заряжается импульсами и разряжается на нагрузку. Действующее значение этого тока называют током пульсаций. Он греет конденсатор изнутри, и у каждого электролита есть допустимый предел.

Обновлено Редакция GAW

Ток пульсаций (ripple current) — действующее значение переменной составляющей тока через конденсатор. Допустимый ток пульсаций (rated ripple current) — предел, который производитель указывает для данной частоты и температуры: при нём конденсатор нагревается на допустимую величину и сохраняет заявленный ресурс. Нагрев идёт от потерь на эквивалентном последовательном сопротивлении:

P=Irms2⋅ESR.P = I_\text{rms}^2 \cdot ESR.

Поэтому важен именно действующий ток, а не средний и не пиковый: импульсы заряда с высоким пиком греют сильнее, чем плавный ток при том же среднем токе нагрузки.

Как читать каталог

У Nichicon серии UPW допустимый ток дан при 105 °C и 100 кГц: например, UPW1E222MHD (25 В, 2200 мкФ, 16 × 25 мм) — 2555 мА. Для другой частоты его умножают на коэффициент из таблицы:

Частота50 Гц120 Гц300 Гц1 кГц≥ 10 кГц
Коэффициент (1200–15000 мкФ)0,800,850,900,951,00

На 50 Гц UPW1E222MHD допускает около 2044 мА. С номинальным током пульсаций при 105 °C конденсаторы серии служат 3000–8000 часов в зависимости от диаметра.

Где ток пульсаций большой

  • Фильтр после выпрямителя. Сглаживающий конденсатор заряжается узкими импульсами у пика; Hammond оценивает действующий ток пульсаций в 2–3 тока нагрузки.
  • Входные и выходные конденсаторы импульсных преобразователей — там ток пульсаций идёт на частоте преобразования, и важен ESR на этой частоте.

Не путать с пульсациями выходного напряжения: напряжение пульсаций — следствие, ток пульсаций — причина нагрева конденсатора. Как выбрать электролит по напряжению и току — в ответе «Как выбрать электролитический конденсатор?», ресурс при заданной температуре и токе считает калькулятор ресурса конденсатора.

Частые вопросы

Что значит ток пульсаций в даташите конденсатора?

Наибольшее действующее значение переменного тока, которое конденсатор выдерживает при указанной частоте и наибольшей температуре, сохраняя заявленный ресурс. У Nichicon UPW это ток при 105 °C и 100 кГц; с ним конденсатор диаметром 16 мм и больше служит 8000 часов.

Почему на 50 Гц допустимый ток меньше?

Каталожный ток дан для 100 кГц, а для низких частот производитель вводит понижающий коэффициент — на них конденсатор выдерживает меньший ток при том же нагреве. Nichicon для серии UPW ёмкостью 1200–15000 мкФ даёт коэффициент 0,80 на 50 Гц: UPW1E222MHD вместо 2555 мА допускает около 2044 мА.

Какой ток пульсаций в фильтре после моста?

Заметно больше тока нагрузки: конденсатор подзаряжается короткими импульсами около пика. Hammond оценивает действующий ток пульсаций в 2–3 постоянного тока нагрузки. Для нагрузки 0,5 А закладывают 1–1,5 А и сверяют с допустимым током на 50 Гц.

Источники

  1. Nichicon. UPW: Miniature Sized, Low Impedance, High Reliability For Switching Power Supplies (CAT.8100N) — ресурс при 105 °C с номинальным током пульсаций — 3000 ч (φ8), 5000 ч (φ10), 7000 ч (φ12,5), 8000 ч (φ16 и больше); коэффициенты частоты для 1200–15000 мкФ: 0,80 (50 Гц), 0,85 (120 Гц), 0,90 (300 Гц), 0,95 (1 кГц), 1,00 (от 10 кГц); UPW1E222MHD — 2555 мА при 105 °C, 100 кГц
  2. Hammond Mfg. Design Guide For Rectifier Use — действующий ток пульсаций в конденсаторе фильтра выпрямителя может быть в 2–3 раза больше постоянного тока нагрузки
  3. Keysight. Make Better AC RMS Measurements with your Digital Multimeter, Application Note 5988-6916EN (2024) — действующее значение — корень из среднего квадрата; для импульсов оно определяется коэффициентом амплитуды

Нашли ошибку?

Смотрите также