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铝电解电容的选型

铝电解电容选型要点: 容量、耐压、温度范围、元件包装形式和尺寸 纹波电流,纹波电压 漏电流、ESR、散逸因数,阻抗/频率特性 电容寿命 实际需要、性能和成本等综合考量 通过调查工程师在铝电解选型和应用中遇到的问题,电子元件技术网应注意耐压、容量、温度和尺寸参数,以及铝电解电容对整个电路的稳定性。 铝电解电容器是以蚀刻的高纯度铝箔为阳极,以浸有电解液的薄纸或布为阴极的极性电容器。 优点:容量大,耐压高 、价格便宜 缺点:漏电流大 、误差大 、稳定性差 、随着温度的升高,寿命迅速下降 数字电路中使用的铝电解电容器一般用于电源平滑滤波器。除了熟悉的参数,如容量、耐压性、容量误差、工作温度和包装尺寸外,还有一个关于电容器质量的重要参数,包括损耗角切割、漏电流和等效串联电阻ESR、允许纹波电流、使用寿命等。这些参数不标记在成品包装皮肤上,只反映在产品规格中,但这些参数可能是电路性能的关键。 容量和额定工作电压 铝电解电容本体上标有的容量和耐压性非常重要,是选择电容最基本的内容。 在实际的电容选择中,容量较大的电容应用于电流变化速度快的地方,但容量越大越好。首先,容量增加,成本和体积可能会增加。此外,电容器充电电流越大,充电时间越长。这些都是实际应用选择中应考虑的问题。 额定工作电压:电容器在规定的工作温度范围内长期可靠工作,能承受最大直流电压。在交流电路中,应注意交流电压的最大值不得超过电容器的直流工作电压值。常用的固定电容工作电压为6.3V、10V、16V、25V、50V、63V、100V、2500V、400V、500V、630V。电路中电容的实际电压不得超过其耐压值。 在滤波电路中,电容的耐压值不应小于交流有效值的1.42倍。另一个需要注意的问题是工作电压裕度,一般在15%以上。例如,电容器的额定电压为50V,尽管涌浪电压可能高达63V,但最高只能施加42V电压。 使电容器的额定电压有更多的余额,可以降低内阻、漏电流、损失角和寿命。尽管如此 48V50.工作电压V铝电解电容器短时间内不会出现问题,但长时间使用后,寿命可能会降低。 介质损耗 电容器在电场作用下消耗的能量通常用损耗功率与电容器无功功率之比表示(在电容器等效电路中串联等效电阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比称之为 Tan δ,这里的 ESR 是在 120Hz 计算下获得的值。显然,Tan δ随着测量频率的增加,随着测量温度的下降而增加)。损耗角越大,电容器损耗越大,损耗角越大的电容器不适合高频工作。散逸因数dissipationfactor(DF)存在於所有电容器中,有时DF损失角是值tanδ表示。参数越低越好。但铝电解电容的参数相对较高。 DF对于同一品牌、同一系列电容器,与温度、容量、电压、频率相比……都有关系;当容量相同时,耐压性越高DF值越低。此外,温度越高。DF值越高,频率越高DF值也会越高。 外型尺寸 外形尺寸与重量和接脚型有关。single ended是径向引线式,screw是螺丝式,还有贴片铝电解电容等。至于重量,相同的容量和耐压性,但不同品牌的两个电容器必须有不同的重量;外观尺寸更与外壳规划有关。一般来说,直径相同、容量相同的电容器,高度低的电容器可以代替高度高的电容器,但高长的电容器应考虑机构干预。 ESR    一只电容器会因其构造而产生各种阻抗、感抗。ESR等效串联电阻及ESL等效串联电感是一对重要参数─这就是容抗的基础。一个等效串联电阻(ESR)很小的电容相对较大容量的外部电容能很好地吸收快速转换时的峰值(纹波)电流。用 ESR 大的电容并联更具成本效益。然而,这需要在 PCB 面积、器件数目与成本之间寻求折衷。  纹波电流和纹波电压    在有的资料中称作涟波电流和涟波电压,其实就是 ripple current,ripple voltage。含义就是电容器所能耐受纹波电流/电压值。纹波电压等于纹波电流与ESR的乘积。    当纹波电流增大的时候,即使在 ESR 保持不变的情况下,纹波电压也会成倍提高。换言之,当纹波电压增大时,纹波电流也随之增大,这也是要求电容具备更低 ESR 值的原因。叠加入纹波电流后,由于电容内部的等效串连电阻(ESR)引起发热,从而影响到电容器的使用寿命。一般的,纹波电流与频率成正比,因此低频时纹波电流也比较低。    额定纹波电流是在最高工作温度条件下定义的数值。而实际应用中电容的纹波承受度还跟其使用环境温度及电容自身温度等级有关。规格书目通常会提供一个在特定温度条件下各温度等级电容所能够承受的最大纹波电流。甚至提供一个详细图表以帮助使用者迅速查找到在一定环境温度条件下要达到某期望使用寿命所允许的电容纹波量。  漏电流    电容器的介质对直流电流具有很大的阻碍作用。然而,由于铝氧化膜介质上浸有电解液,在施加电压时,重新形成的以及修复氧化膜的时候会产生一种很小的称之为漏电流的电流。通常,漏电流会随着温度和电压的升高而增大。它的计算公式大致是:I=K×CV。漏电流I的单位是μA,K是常数。一般来说,电容器容量愈高,漏电流就愈大。从公式可得知额定电压愈高,漏电流也愈大,因此降低工作电压亦可降低漏电流。  寿命    首先要明确一点,铝电解电容一定会坏,只是时间问题。影响电容寿命的原因有很多,过电压,逆电压,高温,急速充放电等等,正常使用的情况下,最大的影响就是温度,因为温度越高电解液的挥发损耗越快。需要注意的是这里的温度不是指环境或表面温度,是指铝箔工作温度。厂商通常会将电容寿命和测试温度标注在电容本体。    因电容的工作温度每增高10℃寿命减半,所以不要以为2000小时寿命的铝电解电容就比1000小时的好,要注意确认寿命的测试温度。每个厂商都有温度和寿命的计算公式,在设计电容时要参照实际数据进行计算。需要了解的是要提高铝电解电容的寿命,第一要降低工作温度,在PCB上远离热源,第二考虑使用最高工作温度高的电容,当然价格也会高一些。  阻抗:    在特定的频率下,阻碍交流电流通过的电阻即为所谓的阻抗。它与电容等效电路中的电容值、电感值密切相关,且与 ESR 也有关系。电容的容抗在低频率范围内随着频率的增加逐步减小,频率继续增加达到中频范围时电抗降至ESR的值。当频率达到高频范围时感抗变为主导,所以阻抗是随着频率的增加而增加。    开关电源中的输出滤波电解电容器,其锯齿波电压频率高达数十kHz,甚至是数十MHz,这时电容量并不是其主要指标,衡量高频铝电解电容优劣的标准是“阻抗-频率”特性,要求在开关电源的工作频率内要有较低的等效阻抗,同时对于半导体器件工作时产生的高频尖峰信号具有良好的滤波作用。  总结    从表面上来看DF、漏电流、ESR愈低,纹波电流愈高,铝电解电容性能越好,但是性能提高的代价是体型的肥大和价格的提高。因此,铝电解电容的选择必须慎重,既要兼顾性能要求,又要考虑封装尺寸,在设计时一定要针对系统要求,仔细查阅相关的产品手册,认真确定适宜的型号,并进行实际测试。

标签: 阻抗铝电解电容急速充放电电容

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