電阻電容的降額設計要求

電阻

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[1]：電阻上存在不超過1s的脈沖負荷時要同時滿足瞬態降額要求。脈沖大于1s時仍然按照穩態降額評估。

[2]：電阻降額需要同時滿足功率、電壓和溫度的降額要求。

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平均功率

計算平均功率時，電壓使用Vrms有效值，當電壓不是恒定值時計算需要考慮脈沖狀態，如時鐘匹配電阻。需要注意，額定功率值廠家有時使用峰值功率，有時使用平均功率。

采購的絕大多數電阻額定環境溫度Ts為70℃，所以如果能保證電阻器工作溫度在70℃以下，采用60%功率降額即可。如果電阻器工作溫度高于70℃，則需要按照公式計算。

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脈沖功率

脈沖功率按照單脈沖、多脈沖來劃分。不同系列電阻的單脈沖峰值功率曲線不同，而不同廠家的多脈沖評估方法可能存在差異，具體應用時需要查閱廠家資料。

峰值脈沖功率Pm在不同脈寬下的值不同，一般來說Pm會以圖表的形式呈現在電阻的datasheet中，如下圖所示：

（1）這里脈沖寬度ti以矩形波為準，如下圖所示是脈寬為t1的矩形波，評估該波形下的Pm可以直接將ti=t1，之后在圖表中得到對應的Pm值：

（2）非矩形波脈沖需要轉換成矩形波再查閱表格確定Pm的值，以下是幾種典型非矩形波脈沖的轉換方法，在這里t1是等效脈寬：

（3）多脈沖波形的峰值脈沖功率Pm按照脈寬t1、通斷比t2/t1（上面給出的圖表例子中，多脈沖的通斷比tp/ti=1000），t1和t2定義如下：

（4）環境溫度高于70℃時，需按照溫度曲線進一步降額：

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穩態電壓

穩態電壓要求不超最高工作電壓Ur的70%。Ur取 (Pr*R)0.5 值與同系列最高使用電壓中的較小值。

如某0.25W/1MΩ的電阻，(Pr*R)0.5=500V，查閱廠家手冊，最高使用電壓為250V，則最高工作電壓Ur取值為250V。

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脈沖電壓

脈寬＜1s時，若無特殊規定，峰值脈沖電壓Um取同系列電阻的最高過負荷電壓。

脈寬≥1s時，按穩態電壓的要求降額。

電容

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與電阻一樣，電容存在穩態、瞬態兩種工作狀態。

電壓電流的瞬時變化波形脈寬≥1s，或者周期性的電壓/電流可以視為穩態工作狀態。穩態工作狀態下，存在某一點（區域）對應器件某項參數的最大應力，則可以稱為穩態條件下該項應力最壞情況。

瞬態工作條件為波形脈寬＜1s，且非周期性電壓/電流。

劃分環境溫度的穩態、瞬態依據：一定時間內（天），異常溫度（一般為高溫）時長不超過整個時長的1%為瞬態，反之則為穩態工作環境。瞬態工作環境下，該區域中某一點對應器件某項參數的最大應力，稱為瞬態條件下的該項應力最壞情況。對穩態工作環境來說，則是穩態條件下該項應力最壞情況。

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非固體鋁電解電容

非固體鋁電解電容的封裝有插裝和貼片兩種，降額的要求相同。

紋波電流（Irms）

電容器件在應用中的紋波電流可以大于額定值，但不應超出安全應用區域。如果應用中電容的充放電電流超出安全應用區域，需要具體評估應用風險。在計算安全應用區域時，需要注意按照頻率系數，將紋波電流折算到額定紋波電流的相同頻率上。電容的安全應用區域定義如下圖所示：

壽命估計

一般來說，單板采用的電容使用壽命需要≥80%*單板設計壽命，以保證單板按照設計壽命正常工作。電容的壽命估計有以下兩種方法：

（1）芯溫法

將電容芯的核心溫度（Tcore）作為輸入條件，計算電容器壽命的方法。對于體積較大的焊片型（snap-in）和螺栓型（screw）高壓鋁電解電容，推薦采用芯溫法估算壽命。

（2）紋波電流法

將電容工作時的充放電電流和環境溫度作為輸入條件，計算電容壽命的方法。對于體積較小的表貼型（v-chip）和引線型（radical）鋁電解電容，推薦采用紋波電流法估算壽命。

對于液態鋁電解電容，應根據實際應力條件估算應用壽命。壽命計算的基本理論模型是“10度法則”，即應用溫度每降低10℃，電容器的應用壽命翻倍。詳細的壽命估算方法可以咨詢廠商獲取。

這里對中高/低壓液體鋁電容的壽命估計公式進行簡單介紹：

中高壓液體鋁電容（＞100V）：

Lx = Lo*2(To+δTo-Tcore)/10*(Ur/Ux)2.5，（當Ux＜0.8*Ur時，Ur/Ux按1.25計算）

低壓液體鋁電容（≤100V）：

Lx = Lo*2(To+δTo-Tcore)/10

公式中的符號含義如下：

Lo：標稱壽命，To：額定溫度，δTo：標稱壽命定義條件下的電容溫升

Ur：額定電壓，Ux：實際應用電壓，Tx：電容工作環境溫度，低于40℃時按照40℃計算

Tcore：應用條件下電容芯溫度，芯溫低于40℃時按照40℃計算

δTx：紋波電流造成的電容芯溫升高。當處于自然散熱時，以下式估算：

δTx = δTo*(Ix/Kf/Io)2，

這其中參數為：

Kf：紋波電流頻率因子，由ESR頻率特性決定，可參考datasheet獲取。

Ix：實際測量紋波電流的有效值，需要測量。

Io：額定紋波電流，低阻抗低壓液體鋁電解電容一般定義100kHz時的額定紋波電流，其它類型液體鋁電容一般定義120Hz時的額定紋波電流，具體可參考datasheet。

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固體電解電容

固體電解電容大體上可以分為鉭電容、插裝固體鋁電解電容、表貼固體鋁電解電容。

表貼固體鋁電解電容有兩種外形：塑封外形和圓柱形（v-chip）。塑封外形表貼固體鋁電容內部為疊層結構，圓柱形（v-chip）表貼固體鋁電容內部為卷繞結構。

鉭電容包括以MnO2為陰極材料的普通鉭電解電容、以導電聚合物Polymer為陰極材料的Polymer鉭電解電容。

MnO2固體鉭電容最終工作電壓降額的選取還與溫度、電源回路阻抗、電源上下電等有關。表中提供的參數估計值僅為最低要求，實際的降額選取應根據電路應用條件來做調整。

從實際應用統計及鉭電容自身結構分析，高耐壓高CV值MnO2鉭電容（≥25V/10uF）可靠性相對于低壓鉭電容要差。不建議12V以上的電路使用MnO2鉭電容。除了某些高阻抗、限流或者控制電路中，12V以上耐壓需求可以考慮選擇25V以上耐壓電容外，低阻抗電源濾波不建議選擇高耐壓系列MnO2鉭電容。

MnO2固體鉭電容的降額還應注意根據以下情況作調整：

（1）回路低阻抗（＜0.1Ω/V，不考慮并聯電容電抗）的條件下，工作電壓至少降額到30%額定工作電壓以下。正常工作中，高溫＞85℃的情況，工作電壓建議降額到20%額定工作電壓以下。

（2）在上下電受到浪涌沖擊電流過大時（單顆電容浪涌電流＞3A、電壓變化率＞0.01V/us），降額幅度最好考慮增加，同時應選擇ESR大一些、容量小一些的多個電容并聯的方式來分攤沖擊電流。

（3）注意避免因過度降額導致高耐壓鉭電容（≥25V）應用于低壓電路的情況。