深入了解铝电解电容器件 – 硬件学习笔记(二)
文章目录
铝电解电容的基本参数
容量、耐压、封装、损耗角、ESR、工作温度、使用寿命、漏电流、最大纹波电流等
1.容量和耐压
按照需求选用就好了
2.封装
封装分为贴片和直插,相比之下,插件的要便宜一点。但是插件在做PCBA时多了一道插件的工序。
(PCBA是英文Printed Circuit Board Assembly 的简称,也就是说PCB空板经过SMT上件,或经过DIP插件的整个制程,简称PCBA .这是国内常用的一种写法,而在欧美的标准写法是PCB’A,加了“'”,这被称之为官方习惯用语。)
3.损耗角:损耗角正切值
损耗角正切值 = 有功功率/无功功率
根据电容的模型,有功功率有电阻产生,无功功率有电感和电容产生。在低频率下,电感感抗很小,产生的无功功率可以忽略,因此损耗角正切值公式为wCR,C为电容量,R为电容等效串联电阻ESR,w为角频率。这样说明了损耗角正切值与频率是有关系的。因此一般厂家给出的规格书中,损耗角都是在120Hz条件下的。(120Hz频率较低,所以感抗很小,公式中也忽略了等效串联电感)
3.工作温度与使用寿命(简述,后面会单独讲)
我们通常会关注铝电解电容的最高温度上限,因为这是与铝电解电容的寿命直接相关的。铝电解电容的最高温度上限通常有几种:85℃,105℃,125℃。
85℃一般是标准系列或普通系列,其标称寿命一般是1000小时或2000小时(注意:这个1000小时是在85℃,以最大额定纹波电流工作的,不是放在那1000小时)
温度每升高十度,寿命下降一倍。例:1000h@85℃—–>1.8年@45℃
4.漏电流
铝电解电容的漏电流是比较大的,和容量和电压都有关系。容量越大漏电流越大,电压越高,漏电流也越大。
具体漏电流的大小。我们以红宝石的100uF-16v电容为例。漏电流上限可达16uA。
I=0.01CV
I=0.01 * 100uF * 16V=16uA
铝电解电容的漏电流通常有一个特点:在刚上电时漏电流比较大,在一分钟或几分钟后变化趋于稳定。
5.最大纹波电流(是一个有效值rms)
铝电解电容通常会标注最大纹波电流这个参数,标注是因为铝电解电容的ESR值比较大,如果频繁充放电会导致内部发热严重,降低使用寿命。在开关电源中要特别注意这个,不要超规格使用。
(注:表格数据仅做示例(不同型号差异很大))
结合绿宝石的一个手册分析
1.使用温度范围
2.电容量允许偏差
电容量允许偏差为20%,括号中表明是在20℃,120Hz下测量的,这说明什么呢?说明电容量是与温度和频率都是有关系的。
3.漏电流
4.损耗正切值
5.低温特性
这个参数是电解电容在零下25℃或者零下40℃的阻抗与20℃阻抗的比值,可以看到这个比值通常都大于2,这个比值很大,有什么意义呢?说明铝电解电容的低温特性很差
看网上的一个问题:
从前面的电容的温度特性可以看到,低温下铝电解电容静电容量是下降的,但是并不会大幅下降,也就是10%左右,容抗变化不大。但是在低温下总阻抗增大了几倍,这说明ESR显著增大了,电源纹波自然增大了。
6.耐久性
耐久新就是电容寿命,这个系列是85℃,2000小时。这个的意思是在85℃下工作2000小时,电容容量相对初始值的变化不超过20%,损耗角不能达到特定值的200%,漏电流也不能大于特性值。简单来说,就是寿命到了并不是指电容完全失效了,而只是性能有所下降。但是设计中考虑寿命还是按2000h来。
7.尺寸与最大纹波电流
一般来说,尺寸与最大纹波电流成正比,尺寸越大,体积越大,能承受的热量也越多(注意:图中也是在120Hz条件下的参数)
那么会有一个问题,表中是120Hz,我如果用在100KHz的开关电源上,最大允许纹波怎么算呢?规格书中还会有一个纹波电流补正系数的参数。可以看到,如果是100uF的电容,100KHz条件下,纹波电流的补正系数是1.5,也就是说最大允许的纹波电流是120Hz下的1.5倍。
本文为学习课程“硬件工程师练成之路”的笔记