选型参数计算浅谈

1）工作寿命计算

对于电解电容工作寿命的计算，原文给出了一个公式展开式，但公式中部分符号参数定义却未给出，无法使用。最常用的公式见下方：

  ，额定温度下的额定寿命，规格书里会直接给出（比如105℃、额定电压下，保证2000H正常工作寿命）

  ，最高工作温度

  ，实际工作温度

由上述公式可得出：温度每降低10℃，寿命增加1倍。如果要准确评估实际工作寿命，实际工作温度T 这一参数就要考虑车载昼夜温差、电容纹波温升以及包含该电容的产品自身工作温升这些因素，整体呈周期性波动。

原文也提到了影响电容寿命的因素有3个：环境温度、自身发热（纹波电流）、施加电压。

纹波电流作用在ESR上产生发热，会加速电解电容内部电解液的蒸发，缩短其工作寿命；而施加电压若超出额定电压会导致电容电参数下降，甚至损坏。

基于抓大放小的选型原则，这里主要考虑环境温度这一因素，我将借助Deepseek帮忙推导出一个温度动态模型方便估算整体环境温度值，该模型目前未考虑到电容纹波温升以及包含该电容的产品工作时产生的温升这些叠加因素，所以最终寿命估算值存在偏差，整体偏高。

借助Deepseek推导出的24h车内温度变化动态模型，它推导出的公式很复杂，看不懂，于是便让它基于以下假设条件直接列出了0~24小时的计算温度值，见下表。

分别将表中环境温度值和车内温度值各取均方根值，得到29.7℃和45.1℃。再将实际工作温度  代入上述寿命计算公式，即可估算出该电解电容的实际工作寿命  。

假设条件：

环境温度：日平均温度30°C，振幅5°C，峰值出现在15:00

太阳辐射：06:00-18:00有日照，峰值1000 W/m²

车辆参数：深色车，中等隔热性能

初始条件：00:00时车内温度=环境温度

以上的计算过程提供了一个计算思路，项目中大多数设计场景，计算过程可能较为简单粗暴，直接取85℃为实际工作温度来计算电解电容的工作寿命，当然估算结果与实际值偏差更大，不过参数冗余（降额原则）肯定是满足了。

关于汽车内部温度变化对车内电子模块中电路元器件工作寿命估算的影响，是可以单独起一个课题去拉扯拉扯的了。我上面的分析和估算也并不准确，之所以讲出来，其根本意图是让各位意识到【车内温度并不是恒定的，是呈周期性变化的，同时元器件也是周期性工作的，所有的参数、影响因子均是动态的，并不是恒定的】这一设计前提。

最后说一下，实际在产品开发时一般是基于产品的使用寿命进行电解电容的选型的，以计算在要满足使用寿命的情况下，电解电容允许的最大工作温度不能超过多少？比如产品的使用寿命是提前确定的，比如3年，则根据上述公式的变形  ，计算得到电容允许的最大温升，则电容的最大实际工作温度  。

2）ESR计算

计算ESR必须要提到损耗角tanδ（也称损耗因数），一般规格书给出的tan(δ)值是特定条件下的（比如20℃，100kHz），tanδ随着测量频率的增加而变大，随测量温度的下降而增大。损耗角越大，电容器的损耗越大，损耗角大的电容不适于高频情况下工作。

损耗角的极坐标表示

3）纹波电流（Ripple Current）

纹波电流会在电容的等效串联电阻（ESR）上产生热量，导致电容内部温升。过高的温升会加速电解液干涸，缩短电容寿命，甚至导致电容失效。因此，计算纹波电流的目的是确保其有效值（RMS） 在电容的额定范围内，从而控制温升。

一般规格书会给出基准条件下（100kHz，20℃）的允许最大纹波电流值以及对应的频率补偿系数，便可大致估算出不同频率下的允许最大纹波电流值。

有了ESR和Ripple Current，便可以估算出电解电容自身产生的功率损耗，结合热阻参数，最终得出温升ΔT。

以上估算思路，我自己很少用到，因为这些估算非常依赖成熟的元器件模型和规格书参数完整度，然而这些恰恰是国内元器件厂商的劣势（相对于国外大厂），所以实际的设计方式是大胆降额（参数充分冗余）、谨慎验证（通过耐久性测试来实际验证电解电容是否扛得住）。

这也意味着硬件成本的浪费和验证风险的增加，也算是无奈的现状。因为风险越往后出现，成本指数级增加，项目经理怒气值也爆炸性增加，哈哈~~

4）残留电压

DFM注意事项

直插式的电解电容很少用了，基本上都是用贴片封装的，我觉得更多原因可能并不是硬件设计要求，更多的是SMT工厂的生产工艺考虑将这一变化传导到设计端，因为电路板上除了大的接插件确实需要波峰焊这一额外工序外，电路板上的插件元器件越少，安排波峰焊/人工手焊的工序时间和生产成本的降本增效空间便越大。

实际大多数SMT工厂生产线都是通过排班来使不同项目共用一组生产线，元器件焊接工艺越单一，需要的工艺工程师或操作员就越少，对应的潜在生产突发状况的出现几率便越小，生产订单便越有可能按排班表及时完工。

言归正传，贴片式电解电容的DFM注意事项如下：

1）注意器件高度与结构干涉

原理图设计阶段一定做好元器件高度统计工作。以便结构工程师预留足够的空间间隙，避免器件顶到外壳。

2）Layout布局原则

对于板面积不紧张的项目，电解电容周围元器件最好不要靠太近，工厂贴片是贴上去了，到了调试阶段就傻眼了，想取下旁边的贴片电阻电容，热风枪不好吹（怕吹化塑料底座），电烙铁更不好下手，没空间。

一般经验丰富的Layout工程师摆放间距都有经验值，但是PCB Layout评审时最好还是留意一下这块的设计细节，毕竟板子拿到手后了，前面设计的锅可就得我们硬件工程师自己背了，哈哈~~~

3）打胶加固

机械负荷试验中会有振动耐久性试验，这类试验对电路板上所有体积大、重量相对较重、焊接引脚较小的元器件来说，非常不利。严重后果就是自重较大加上焊接不牢固导致振动试验中器件脱落。所以不光是铝电解电容，功率电感的贴片焊接也要重点关注。或许插件式的铝电解电容的牢固效果反而会好一些。

所以在实际PCBA生产过程中，大多情况下会增加一道打胶工序，以缓解器件的振动幅度，减少引脚断裂或者焊盘脱落的风险。

除了打胶加固措施外，也要留意是否存在因为焊盘锡膏量不足而导致焊接不牢固这一情况，如果研发团队有条件进厂跟线，可以在首板确认时评估一下锡膏量是否足够，以要求产线人员调整钢网涂锡量。

结尾

铝电解电容作为最常用的元器件之一，大多数用作能量存储，其次是低频滤波。常常会在电源模块中使用，尤其是整个硬件电路的一级电源处，这里也是遭受外部瞬态干扰最严重的地方.

电解电容前面的TVS和Π滤波电路便是用来消外部干扰带来的浪涌电压和电流，这里需要评估一下前级电路是否防得住干扰，以及所选的电解电容所能承受的浪涌电压要求（一般不超过额定电压的1.1~1.115倍）。