Hur man beräknar elektrolytkondensatorernas livslängd

Ibland behöver man beräkna komponenternas livslängd vid konstruktion av elektronikenheter. Då det gäller elektrolytkondensatorers livslängd så påverkas de bland annat av omgivningstemperatur och den rippelström de kommer att utsättas för.

Både rippelströmstålighet och beräknad livslängd anges normalt i respektive kondensators datablad vid en tänkt maximal arbetstemperatur. Vanligtvis delar man in kondensatorerna i temperaturgrupperna, 85°C, 105°C, 125°C eller 150°C.

En fråga som ofta ställs är
- Hur påverkas då den angivna livslängden när man använder kondensatorn vid en lägre omgivningstemperatur?
Därför vill vi på några rader nedan förklara vad som påverkar livslängden och hur man själv enkelt kan räkna fram den. Det är dock viktigt att komma ihåg att när man beräknar livslängden kan få fram mer teoretiska värden än faktisk livslängd, vilket visas i ett av exemplen nedan.

Vi har valt kondensatorer för ytmontering i våra exempel. Generellt gäller att vid lägre temperaturer, ner till 45°C, ökar elektrolytkondensatorernas livslängd. Det gäller upp till en maximal livslängd om cirka 15 år dvs. drygt 131 000 timmar.

Följande formel gäller:

Lx = Den beräknade livslängden.
Lo = Specificerad livslängd från databladet.
To = Specificerad max omgivningstemperatur.
Tx = Den aktuella omgivningstemperaturen.
∆T = Höjningen av kondensatorns innertemperatur till följd av rippelströmmen.

∆T räknas fram ur följande formel: ∆T = ∆To ▪ (Ix / Ispec)
∆To = 5 (Generellt får man 5°C temperaturhöjning för 105°C specificerade kondensatorer och 10°C höjning för 85°C specificerade kondensatorer vid maximal rippelström).
∆T blir i detta fall (5 ▪ (0,18 / 0,9)) dvs. endast 0,2°C temperaturökning.
k = 5 i både exempel 1 och 2, (denna s.k. accelerationsfaktor är 5 för 85°C och 105°C förutom i några specialfall).

Exempel 1)
Serie MVY, 330 µF, 50V med 5000 timmar specificerad livslängd vid max 105°C. Vi antar att man använder 20% av angiven maximal rippelström, 0.9A vid 100kHz enligt databladet, och att den aktuella omgivningstemperaturen är 55°C.

Livslängden för exempel 1 blir då enligt formeln ovan:
Lx = 5000 ▪ 2 ^ (105 - 55 / 10) ▪ 2 ^ (- 0,2 / 5)
Lx = 5000 ▪ 32 ▪ 0,97 = 155 200 timmar, dvs. knappt 18 års livslängd. Notera att detta värde bara är ett teoretiskt värde på livslängden då denna normalt inte överstiger 15 år.

Exempel 2)
Serie MVE, 150µF, 25V, 2000 timmar vid max 105°C. Rippelström är 0,24A vid 120Hz.

Livslängden för exempel 2 blir då enligt formeln ovan:
Lx = 2000 ▪ 32 ▪ 0,97 = 62 080 timmar, dvs. drygt 7 års livslängd.