Teplota a pracovné napätie sú dva z najdôležitejších faktorov, ktoré ovplyvňujú životnosť elektrolytických kondenzátorov. Vysoké teploty môžu spôsobiť degradáciu izolačného materiálu a zvýšiť výskyt porúch v kondenzátore. Všeobecne platí, že pri každých 10 stupňoch Celzia zvýšenia teploty sa životnosť elektrolytického kondenzátora zredukuje na polovicu. Preto sa elektrolytické kondenzátory často používajú s tepelnými obmedzovačmi alebo chladiacimi zariadeniami, aby sa minimalizovalo ich zahrievanie.

Pracovné napätie je tiež kritickým faktorom, ktorý ovplyvňuje životnosť elektrolytických kondenzátorov. Prekročenie maximálneho napätia kondenzátora môže spôsobiť jeho zničenie. Z tohto dôvodu by malo byť pracovné napätie elektrolytického kondenzátora vybrané s dostatočnou rezervou, aby sa minimalizovala pravdepodobnosť prekročenia maximálneho napätia. Celkovo platí, že vysoké teploty a prekročenie maximálneho pracovného napätia sú najčastejšie príčiny zlyhania elektrolytických kondenzátorov. Preto je dôležité, aby konštruktéri a výrobcovia zariadení starostlivo zvažovali výber a umiestnenie kondenzátorov v zariadeniach, aby minimalizovali tieto rizikové faktory.

Faktor rozptylu

Faktor rozptylu vo vzťahu k elektrickému kondenzátoru je miera, ktorá charakterizuje schopnosť kondenzátoru uchovávať náboj. V ideálnom prípade by kondenzátor mal uchovávať náboj donekonečna dlho, ale v skutočnosti sa vždy vyskytuje nejaká úniková strata náboja, a to aj v elektricky izolovaných kondenzátoroch. Faktor rozptylu je vyjadrený ako percentuálne množstvo stratenej kapacity za určitý časový interval. Konkrétne, faktor rozptylu (tan delta alebo tangent straty) je pomer medzi strateným nábojom kondenzátora a jeho skutočnou kapacitou, ktorá sa prejavuje ako úbytok amplitúdy signálu pri prechode cez kondenzátor.

Faktor rozptylu sa môže líšiť v závislosti od typu kondenzátoru, jeho kapacity a pracovnej frekvencie. Všeobecne platí, že kondenzátory s väčšou kapacitou a vysokofrekvenčné kondenzátory môžu mať väčší faktor rozptylu ako kondenzátory s nižšou kapacitou a nízkofrekvenčné kondenzátory. Pretože faktor rozptylu je spôsobený únikom náboja z kondenzátora, môže to mať negatívny vplyv na výkon obvodu. Preto sa pri návrhu obvodov, ktoré používajú kondenzátory, zvyčajne hľadajú kondenzátory s nízkym faktorom rozptylu.

Existuje niekoľko faktorov, ktoré významne ovplyvňujú životnosť elektrolytických kondenzátorov:

1. Teplota: Vysoké teploty spúsobujú výraznú degradáciu izolačného materiálu a zvýšujú výskyt porúch v kondenzátore.
2. Napätie: Prekročenie maximálneho napätia kondenzátora môže spôsobiť jeho zničenie.
3. Frekvencia: Použitie kondenzátora v obvode s vysokou frekvenciou môže spôsobiť jeho zvýšené zahrievanie, čo môže viesť k zlyhaniu kondenzátora.
4. Spôsob osadenia: Elektrolytické kondenzátory majú polaritu a použitie v opačnom smere zapríčiní zničenie kondenzátora.
5. Čas: Elektrolytické kondenzátory sú podobne ako iné komponenty, ktoré sa po čase opotrebovávajú a ich výkon sa zhoršuje.
6. Vlhkosť: Vlhkosť môže spôsobiť koróziu a zvýšený výskyt porúch v kondenzátore.
7. Chemické zloženie elektrolytu: Zloženie elektrolytu v kondenzátore môže ovplyvniť jeho životnosť. Ak je elektrolyt nedostatočne stabilný, môže sa rýchlo zhoršiť.
8. Mechanické poškodenie: Mechanické poškodenie kondenzátora, ako napríklad náraz, môže spôsobiť jeho zlyhanie.
9. Kvalita: Kvalita materiálov a výrobných procesov môže významne ovplyvniť životnosť kondenzátora.

Vzorec výpočtu

L₂ = L₁ * 2^x

kde :

L₂ = Predpokladaná životnosť kondenzátora v aplikácii, L₁ = Garantovaná životnosť kondenzátora (v hodinách) pri teplote T_m, x = (T_m - T_a - ΔT) / 10

Príklad prepočtu

Vzorec L2 = L1 * 2^((Tm - Ta)/10) sa používa na prepočet odhadovanej životnosti elektrolytického kondenzátora, ktorý je vystavený prevádzkovým podmienkam s maximálnou teplotou Tm a teplotou okolia Ta. L1 predstavuje počiatočnú životnosť kondenzátora, ktorá sa zvyčajne uvádza výrobcom v hodinách pri určitej teplote a pracovnom napätí. Tento údaj môže byť závislý aj od iných faktorov, ako je napríklad typ kondenzátora alebo jeho kapacita.

Vzorec L2 = L1 * 2^((Tm - Ta)/10) využíva rozdiel medzi maximálnou teplotou a teplotou okolia, aby odhadol zmenu životnosti kondenzátora. Táto zmena je priamo úmerná rozdielu teplôt a je exponentom dvojky (2), ktorá sa v tomto vzorci používa na opis exponenciálneho nárastu chyby kondenzátora s časom.

V praxi sa tento vzorec často používa na odhadnutie životnosti elektrolytických kondenzátorov používaných v rôznych elektronických zariadeniach. Pomocou tohto vzorca môžu inžinieri a výrobcovia zariadení odhadnúť, ako dlho bude kondenzátor schopný udržiavať svoje elektrické vlastnosti pri určitých prevádzkových podmienkach a zistiť, či bude potrebná jeho výmena v budúcnosti.

Aby sme mohli vypočítať odhadovanú životnosť kondenzátora, budeme musieť použiť niekoľko vzorcov a údajov zo špecifikácie kondenzátora. Podľa vzorca pre elektrolytický kondenzátor platí:

L2 = L1 * 2^((Tm-Ta)/10) * (1/Zvlnenie)^2 * (nominálne napätie/prevádzkové napätie)^1.5 * (kapacita/1000)^0.5 * (frekvencia/1000)^0.5 * exp(Ea/(k*(Tm+273)))

kde:

• L1 = 2000 hodín (Hodnota životnosti pri zaťažení)
• Tm = 105 °C (Maximálna teplota)
• Ta = 25 °C (Teplota okolia)
• Zvlnenie = 960 mA (Zvlnenie prúdu)
• Nominálne napätie = 35 VDC (Nominálne napätie)
• Prevádzkové napätie = 25 VDC (Prevádzkové napätie)
• Kapacita = 3300 uF (Kapacita kondenzátora)
• Frekvencia = 120 Hz (Pracovná frekvencia)
• Ea = 0.5 eV (Aktivačná energia)
• k = 8.617×10^-5 eV/K (Boltzmannova konštanta)

Vypočítame postupne jednotlivé činitele a dosadíme ich do vzorca:

1. (Tm-Ta)/10 = (105-25)/10 = 8
2. (1/Zvlnenie)^2 = (1/0.96)^2 = 1.099537
3. (nominálne napätie/prevádzkové napätie)^1.5 = (35/25)^1.5 = 1.478937
4. (kapacita/1000)^0.5 = (3300/1000)^0.5 = 1.816590
5. (frekvencia/1000)^0.5 = (120/1000)^0.5 = 0.346410
6. exp(Ea/(k*(Tm+273))) = exp(0.5/(8.617×10^-5*(105+273))) = 145.602906

Teraz dosadíme vypočítané hodnoty do vzorca pre elektrolytický kondenzátor:

L2 = L1 * 2^((Tm-Ta)/10) * (1/Zvlnenie)^2 * (nominálne napätie/prevádzkové napätie)^1.5 * (kapacita/1000)^0.5 * (frekvencia/1000)^0.5 * exp(Ea/(k*(Tm+273))) L2 = 2000 * 2^((105-25)/10) * (1/0.96)^2 * (35/25)^1.5 * (3300/1000)^0.5 * (120/1000)^0.5 * exp(0.5/(8.617×10^-5*(105+273))) L2 = 5,396,196 hodín, čo je 615.6 roka