基于失效物理分析的铝电解电容器寿命快速预测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于失效物理分析的铝电解电容器寿命快速预测方法，包括：对铝电解电容器失效机理进行分析，结合加速性能退化试验数据，确定铝电解电容器的性能退化参数；基于铝电解电容器的性能退化参数确定威布尔分布参数估计，得到性能退化模型和加速模型；基于性能退化模型、加速模型和参数失效阈值计算可靠度，实现对铝电解电容器寿命预测。本发明专利技术通过对产品的机理分析，结合加速性能退化试验数据，确定性能退化参数，针对关键性能退化参数建立退化模型和加速模型，求取退化模型和加速模型的模型参数，外推得到产品正常使用环境下的寿命，提升铝电解电容寿命预测的精度和速度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
基于失效物理分析的铝电解电容器寿命快速预测方法


[0001]本专利技术涉及铝电解电容器寿命预测
，更具体的说是涉及基于失效物理分析的铝电解电容器寿命快速预测方法。

技术介绍

[0002]铝电解电容以其大容量、高耐压、高性价比等特点在各种大功率场合有着广泛的应用，特别是在电力电子系统中，铝电解电容器的性能和指标直接影响着整个系统的性能。铝电解电容对环境应力非常敏感，根据现场电力电子系统的故障情况统计，与电阻器、晶体管等元器件比较，其故障率更高，被认为是电力电子系统中的寿命敏感器件。所以，预估其使用寿命有着重要的意义。但随着铝电解电容器工艺水平的提高，其可靠性水平在提高，寿命在延长，即使在加速寿命试验中也难在短时间内失效，因此传统的可靠性评估方法已难以满足产品研发的时效性要求，而且试验成本过高。
[0003]铝电解电容的失效主要是由于某些性能指标退化造成的，可对其性能退化过程进行有效监测和统计分析，无需产品失效即可推断出可靠性信息，而且提升某些应力水平，会加快铝电解电容的退化失效过程，因此研究基于加速退化试验评估铝电解电容可靠性的方法，具有显著的工程应用价值。
[0004]加速退化试验技术的不断进步，导致试验中获取的加速退化数据日趋复杂，促使加速退化数据建模与统计推断理论不断完善和发展。然而对于基于加速退化数据的可靠性评估方法缺少深入分析，目前加速退化数据的建模依据不统一并且充满了主观色彩，造成可靠性评估结果的可信度不高。
[0005]因此，如何提供一种基于失效物理分析的铝电解电容器寿命快速预测方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种基于失效物理分析的铝电解电容器寿命快速预测方法，可以准确快速评估铝电解电容器寿命，无需产品失效即可提前推断出产品可靠性信息。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]一种基于失效物理分析的铝电解电容器寿命快速预测方法，包括：
[0009]对铝电解电容器失效机理进行分析，结合加速性能退化试验数据，确定铝电解电容器的性能退化参数；
[0010]基于铝电解电容器的性能退化参数确定威布尔分布参数估计，得到性能退化模型和加速模型；
[0011]基于性能退化模型、加速模型和参数失效阈值计算可靠度，实现对铝电解电容器寿命预测。
[0012]优选地，性能退化模型包括形状参数退化模型和尺度参数退化模型。
[0013]优选地，尺度参数退化模型包括线性模型、对数模型和指数模型；
[0014]线性模型为：
[0015]η
y
(t)＝Kt+b
[0016]对数模型为：
[0017]η
y
(t)＝Klnt+b
[0018]指数模型为：
[0019]η
y
(t)＝b
·
e
Kt
[0020]其中，η
y
(t)表示尺度参数，K表示性能退化率，与温度有关，t表示时间，b为常数。
[0021]优选地，利用不同温度下的性能退化率建立加速模型，加速模型为：
[0022][0023]其中，K表示性能退化率，A为非温度相关常数，k为玻尔兹曼常数，为8.62
×
10
‑5eV/K，T为热力学温度，E
a
为反应活化能，B表示常数。
[0024]优选地，
[0025]设性能退化参数值为y，当y≤D
f
时，可靠度与性能退化分布的关系为：
[0026][0027]当y≥D
f
时，可靠度与性能退化分布的关系如式为：
[0028][0029]其中，R(t)表示可靠度，D
f
表示参数失效阈值，η
y
(t)表示尺度参数，m
y
(t)表示形状参数。
[0030]优选地，铝电解电容器的性能退化参数包括电容量、损耗角正切值、等效串联电阻和漏电流。
[0031]经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本专利技术公开提供了一种基于失效物理分析的铝电解电容器寿命快速预测方法，可以准确快速评估铝电解电容器寿命。
附图说明
[0032]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
[0033]图1附图为一种基于失效物理分析的铝电解电容器寿命快速预测方法流程图。
[0034]图2附图为85℃损耗角正切值退化曲线，共35个样品，图中不同颜色的曲线表示不同样品的损耗角正切值退化曲线。
[0035]图3附图为105℃损耗角正切值退化曲线，共35个样品，图中不同颜色的曲线表示
不同样品的损耗角正切值退化曲线。
[0036]图4附图为125℃损耗角正切值退化曲线，共35个样品，图中不同颜色的曲线表示不同样品的损耗角正切值退化曲线。
[0037]图5附图为60℃可靠度曲线。
具体实施方式
[0038]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0039]本专利技术实施例公开了一种基于失效物理分析的铝电解电容器寿命快速预测方法，如图1所示，包括：
[0040]对铝电解电容器失效机理进行分析，结合加速性能退化试验数据，确定铝电解电容器的性能退化参数；
[0041]基于铝电解电容器的性能退化参数确定威布尔分布参数估计，得到性能退化模型和加速模型；
[0042]基于性能退化模型、加速模型和参数失效阈值计算可靠度，实现对铝电解电容器寿命预测。
[0043]在本实施例中，铝电解电容器的主要性能退化参数为电容量、损耗角正切值、等效串联电阻、漏电流，且温度是影响其退化的主要应力，铝电解电容器的性能主要依赖其中介质部分，即阳极金属氧化膜部分，主要的失效机理是电解液不断修补阳极金属氧化膜，使其增厚且质量下降，导致电容量的降低、等效串联电阻的增大和损耗角正切值的增大。
[0044]在本实施例中，基于铝电解电容器的性能退化参数确定威布尔分布参数估计，得到性能退化模型，性能退化模型包括形状参数退化模型和尺度参数退化模型，形状参数一般与时间无关，尺度参数退化模型将尺度参数作为时间的函数，进行建模求解得到。常用的尺度参数随时间变化模型有线性模型、对数模型、指数模型等。
[0045]线性模型：
[0046]η
y
(t)＝Kt+b (1)
[004本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于失效物理分析的铝电解电容器寿命快速预测方法，其特征在于，包括：对铝电解电容器失效机理进行分析，结合加速性能退化试验数据，确定铝电解电容器的性能退化参数；基于铝电解电容器的性能退化参数确定威布尔分布参数估计，得到性能退化模型和加速模型；基于性能退化模型、加速模型和参数失效阈值计算可靠度，实现对铝电解电容器寿命预测。2.根据权利要求1所述的一种基于失效物理分析的铝电解电容器寿命快速预测方法，其特征在于，性能退化模型包括形状参数退化模型和尺度参数退化模型。3.根据权利要求2所述的一种基于失效物理分析的铝电解电容器寿命快速预测方法，其特征在于，尺度参数退化模型包括线性模型、对数模型和指数模型；线性模型为：η
y
(t)＝Kt+b对数模型为：η
y
(t)＝Klnt+b指数模型为：η
y
(t)＝b
·
e
Kt
其中，η
y
(t)表示尺度参数，K表示性能退化率，与温度有关，t表示时间，b为常数。4.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙权，冯静，
申请(专利权)人：湖南银杏可靠性技术研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：