Перейти к содержанию

Срок службы электролитического конденсатора

Укажите ресурс из каталога, температуру и ток пульсаций — калькулятор оценит, сколько часов и лет прослужит электролитический конденсатор, по методикам двух производителей.

Исходные данные

ч

Endurance / Load life: 1000, 2000, 5000…

°C

рядом с конденсатором, внутри корпуса

Верхняя температура категории
A

действующее значение, приведённое к частоте каталога

A

по каталогу при верхней температуре

°C

ΔT₀ серии по данным производителя; у Jianghai обычно 3,5–5 K для 105 °C и 3,5–10 K для 85 °C

Тип корпуса
Как в каталоге задан ресурс
ч

24 — круглосуточно

Результат

Ресурс по методике Chemi-Con
53800 ч
6,1 года при 24 ч в сутки; температура ×16, пульсации ×1,68
Ресурс по методике Jianghai
41500 ч4,7 года при 24 ч в сутки; KT ×16, KR ×1,3
Перегрев от пульсаций
1,25 °CΔT = (I / Iдоп)² · ΔT₀

Это оценка, а не гарантия: производители просят закладывать запас и сверять расчёт для конкретной серии.

Расчёт выполнен по формулам и данным из источников, приведённых на этой странице, и не заменяет проверку: параметры компонентов у разных производителей и даже партий различаются. Перед применением сверяйте результат с документацией на конкретные детали.

Ресурс алюминиевого электролитического конденсатора — величина не постоянная. В каталоге его указывают для самых тяжёлых условий: при верхней температуре категории (85, 105 или 125 °C) и номинальном напряжении или допустимом токе пульсаций. В реальном устройстве температура ниже, и конденсатор служит в разы дольше. Калькулятор пересчитывает ресурс из каталога к вашим условиям по методикам двух производителей — Nippon Chemi-Con и Jianghai.

Почему конденсатор стареет

По описанию Chemi-Con, ресурс определяется в первую очередь уходом электролита через резиновое уплотнение корпуса. Скорость этой диффузии подчиняется закону Аррениуса: с ростом температуры она увеличивается экспоненциально. Из-за потери электролита падает ёмкость и растёт тангенс угла потерь.

Правило 10 °C

На практике закон Аррениуса заменяют простым правилом: при снижении температуры на 10 °C ресурс удваивается.

Lx=L0⋅2T0−Tx10,L_x = L_0 \cdot 2^{\frac{T_0 - T_x}{10}},

где L0 — ресурс из каталога при верхней температуре категории T0, а Tx — температура окружающей среды у конденсатора. Конденсатор на 2000 часов при 105 °C при 85 °C прослужит 8000 часов, при 65 °C — 32 000 часов.

Chemi-Con уточняет границы правила. Коэффициент 2 на 10 °C выполняется примерно в диапазоне 60–95 °C, а при низкой температуре нет данных испытаний и начинают сказываться другие факторы старения. Поэтому в расчёте по их методике температура берётся не ниже 40 °C, а оценка больше 15 лет считается равной 15 годам.

Ток пульсаций

Переменная составляющая тока выделяет на ESR мощность I2 · ESR, и сердцевина конденсатора нагревается сильнее окружающего воздуха. По данным Chemi-Con, перегрев растёт с квадратом тока:

ΔT=(IxI0)2⋅ΔT0,\Delta T = \left(\frac{I_x}{I_0}\right)^2 \cdot \Delta T_0,

где Ix — ток пульсаций в схеме, I0 — допустимый по каталогу при верхней температуре, ΔT0 — перегрев при допустимом токе, своё значение для каждой серии. Jianghai приводит типичные значения 3,5–5 K для конденсаторов на 105 °C и 3,5–10 K для 85 °C.

Допустимый ток указывают на одной частоте — обычно 120 Гц или 100 кГц, — а ESR зависит от частоты. Если в схеме есть составляющие на разных частотах (выпрямитель сети и преобразователь), их приводят к частоте каталога через частотные коэффициенты F из таблицы серии:

If0=(If1Ff1)2+(If2Ff2)2+…I_{f_0} = \sqrt{\left(\frac{I_{f_1}}{F_{f_1}}\right)^2 + \left(\frac{I_{f_2}}{F_{f_2}}\right)^2 + \ldots}

В поле «Ток пульсаций в схеме» вводится именно приведённое значение.

Две методики

Nippon Chemi-Con для выводных и SMD-конденсаторов различает, как в каталоге задан ресурс. Если при номинальном напряжении без пульсаций — каждые 5 °C перегрева вдвое сокращают ресурс:

Lx=L0⋅2T0−Tx10⋅2−ΔT5.L_x = L_0 \cdot 2^{\frac{T_0 - T_x}{10}} \cdot 2^{-\frac{\Delta T}{5}}.

Если ресурс задан с допустимым током пульсаций, перегрев ΔT0 в нём уже учтён, и меньший ток даёт запас:

Lx=Lr⋅2T0−Tx10⋅2ΔT0−ΔT5.L_x = L_r \cdot 2^{\frac{T_0 - T_x}{10}} \cdot 2^{\frac{\Delta T_0 - \Delta T}{5}}.

Для snap-in и винтовых конденсаторов у Chemi-Con своя формула с коэффициентами серии, которые сообщает производитель; калькулятор её не считает.

Jianghai записывает ресурс как произведение трёх коэффициентов:

L=L0⋅2T0−TA10⋅Ki(1−(IA/IR)2)ΔT010⋅KV.L = L_0 \cdot 2^{\frac{T_0 - T_A}{10}} \cdot K_i^{\left(1 - (I_A / I_R)^2\right) \frac{\Delta T_0}{10}} \cdot K_V.

Коэффициент запаса Ki равен 2, а для конденсаторов на 105 °C при токе выше допустимого — 4. Коэффициент напряжения KV учитывается только у snap-in и винтовых конденсаторов на напряжение выше 160 В: (UA/UR)−2,5 при UA от 0,6 до 1 номинала и 3,59 при меньшем напряжении; работать выше номинала нельзя.

При Ki = 4 формула Jianghai совпадает с формулой Chemi-Con для ресурса с допустимым током пульсаций, а при Ki = 2 осторожнее оценивает выигрыш от малого тока. Поэтому калькулятор показывает обе оценки — разница между ними и есть мера неопределённости.

Пример

Выводной конденсатор: 2000 часов при 105 °C с допустимым током пульсаций 1 А, перегрев серии 5 °C. В блоке питания температура у конденсатора 65 °C, ток пульсаций 0,5 А.

  1. Температурный коэффициент: 2(105−65)/10 = 16.
  2. Перегрев от пульсаций: (0,5/1)2 · 5 = 1,25 °C.
  3. Chemi-Con: 2000 · 16 · 2(5−1,25)/5 ≈ 53 800 часов — около 6,1 года круглосуточной работы.
  4. Jianghai: 2000 · 16 · 20,75·5/10 ≈ 41 500 часов — около 4,7 года.

Если тот же конденсатор поставить рядом с радиатором, где 85 °C, при допустимом токе пульсаций он прослужит всего 8000 часов — меньше года. Температура почти всегда важнее всех остальных факторов.

Как продлить срок службы

  • Измеряйте температуру у конденсатора в собранном устройстве: внутри корпуса она выше комнатной.
  • Ставьте электролиты подальше от радиаторов, трансформаторов и силовых резисторов.
  • Выбирайте серии на 105 °C с большим ресурсом и допустимым током пульсаций с запасом.
  • Распределяйте ток пульсаций между несколькими конденсаторами: перегрев растёт с квадратом тока.
  • Оценку сверяйте с производителем серии: обе методики — приближённые, и производители прямо просят закладывать запас.

Частые вопросы

Сколько прослужит конденсатор на 2000 часов при 105 °C?

Зависит от температуры внутри устройства: по правилу 10 °C ресурс удваивается на каждые 10 градусов ниже 105 °C. При 85 °C — 8000 часов, это меньше года круглосуточной работы; при 65 °C — 32 000 часов, около 3,7 года. Ток пульсаций меньше допустимого добавляет запас: при половинном токе и перегреве ΔT₀ = 5 °C получается 41–54 тыс. часов, 4,7–6,1 года, в зависимости от методики.

Почему электролитические конденсаторы высыхают?

Главная причина старения — уход электролита через резиновое уплотнение корпуса. Скорость этой диффузии растёт с температурой по закону Аррениуса, поэтому при нагреве на 10 °C ресурс сокращается примерно вдвое. По мере потери электролита ёмкость падает, а тангенс потерь и ESR растут.

Что такое ток пульсаций и почему он важен?

Это действующее значение переменной составляющей тока через конденсатор — например, в фильтре выпрямителя или на выходе импульсного стабилизатора. На ESR конденсатора он выделяет мощность I² · ESR, и сердцевина нагревается сильнее окружающего воздуха. Перегрев растёт с квадратом тока: при токе вдвое меньше допустимого он вчетверо меньше.

Какой конденсатор выбрать, если нужен долгий срок службы?

С более высокой допустимой температурой (105 °C вместо 85 °C), большим ресурсом по каталогу и большим допустимым током пульсаций; ставить его подальше от радиаторов и трансформаторов. Производители советуют закладывать запас, а Chemi-Con — не рассчитывать больше чем на 15 лет даже при хорошей оценке.

Источники

  1. Nippon Chemi-Con. Lifetime of Aluminum Electrolytic Capacitors (FAQ «Lifetime and Reliability») — уравнения 4–8 — закон Аррениуса и правило 10 °C, нижняя граница 40 °C и предел 15 лет; 9–14 — тепловыделение и перегрев от тока пульсаций; 15–16 — пульсации на нескольких частотах и частотные коэффициенты; 17–19 — оценка ресурса для SMD, выводных и snap-in конденсаторов; примеры предельного перегрева 15 °C и 5 °C
  2. Jianghai Europe. Aluminum Electrolytic Capacitors — Lifetime Estimation, v2019.1 — L = L0 · KT · KR · KV: температурный коэффициент по правилу 10 K, коэффициент пульсаций с запасом Ki (2 или 4) и перегревом ΔT0 3,5–5 K для 105 °C и 3,5–10 K для 85 °C, коэффициент напряжения для snap-in и винтовых конденсаторов выше 160 В
Встроить калькулятор на свой сайт

Скопируйте код и вставьте его в HTML страницы, статьи или вики. Виджет бесплатный, без рекламы, счётчиков и cookie. Условие одно — ссылка на GAW под рамкой остаётся на месте. Подробнее о виджетах

<iframe src="https://gaw.ru/embed/capacitor-lifetime/" title="Срок службы электролитического конденсатора" width="100%" height="640" style="border:1px solid #e3e5e9;border-radius:8px" loading="lazy" allow="clipboard-write"></iframe>
<p style="margin:6px 0 0;font-size:14px">Калькулятор: <a href="https://gaw.ru/tools/capacitor-lifetime/">Срок службы электролитического конденсатора</a> — GAW.ru</p>
Автоподстройка высоты рамки

Если сайт разрешает скрипты, добавьте этот код один раз в любом месте страницы: рамка будет менять высоту вместе с результатом расчёта.

<script>window.addEventListener("message",function(e){if(e.origin!=="https://gaw.ru"||!e.data||e.data.type!=="gaw:embed-height")return;var f=document.querySelectorAll('iframe[src^="https://gaw.ru/embed/"]');for(var i=0;i<f.length;i++)if(f[i].contentWindow===e.source)f[i].style.height=e.data.height+"px"})</script>

Обновлено .

Нашли ошибку в расчёте?