贴片电解电容小型电解电容识别

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商品详细描述
小型鋁電解電容识别电容正确方法
     在识别中有极性电解电容器通常在电源电路或中频、低频电路中起电源滤波、退耦、信号耦合及时间常数设定、隔直流等作用。一般不能用于交流电源电路,在直流电源电路中作滤波电容使用时,其阳极(正极)应与电源电压的正极端相… 电容是必备的元件,它在电子电路中起到振荡、滤波、耦合等作用,常见的电容大多分布在CPU插座及主板外接电源接口附近,保证电源对主板及相关配件的供电稳定性。
电容按照介质(两导体所夹的绝缘体)可以分为无机介质电容、有机介质电容和电解电容三大类。其中,电解电容的介质既可以是传统的电解液,也可以是固体的聚合物,更可以是液固的混合物。
通过电容可以判断一款板卡的做工,以及厂商是否偷工减料等。小小的一颗电容十分便宜,但对于大批量生产的板卡厂商来说就是一笔不小的开支,所以很多板卡 厂商都在电容上做文章。另外,Intel白皮书中也指出915主板CPU周围要有一圈固体电容,可依然有主板厂商省略掉,如果读者不了解何为固态电容,又如何去判断呢?

认识误区必须纠正  

     对于电容这个熟悉的陌生人,很多朋友了解不深,存在很多误区:

     1、 铝壳电解电容比有塑料外皮的电容要好?

这种说法是不科学的,电容外面包了塑料外皮(PVC薄膜)是为了更好地适应温度,同时可以降低成本。举一个简单的例子,那种包着紫色PVC薄膜的三洋(SANYO) TCNQ电容(图1)就比大多数铝壳电容要好的多。

      注 TCNQ是一种有机半导体,属于络合盐。导电性比电解液和二氧化锰好。


(图1)性能出色的三洋SANYO TCNQ电容

2、通过颜色可以辨别电容性能的好坏

      其关系可以描述为0黑-1灰-2红-3橙-3黄-4绿-5蓝-6紫-7白,性能依次增强?这种说法是不科学的,颜色和电容的性能没有直接的关系。图2所示的紫色电容就比普通的白色的铝电解液电容要好的多。
3、贴片式电容比插件式电容好

      这种称呼是按照安装采用的工艺来分的,贴片式安装的过程中需要经过高温的波峰焊工艺处理。也就是说耐温不高的电容不能采用贴片式安装。识别是否为贴片式安装只需看其底坐是否黑色橡胶即可。




 电容器是使用最广,用量最大,且不可取代的电子元件,其产量约占电子元件的40%,而铝电解电容器又占三大类电容器(电解电容器、陶瓷电容器、有机薄膜电容器)产量的36.8%。电解电容器是10年来我国发展速度最快的元件之一,目前,国内电解电容器的年生产总量接近250亿只,年平均增长率高达28%,占全球电解电容器产量的1/3。在发展过程中,铝电解电容器也有来自集成电路、整机电路的改进和在高压、高频、长寿命、小容量应用领域中其它电容器(如多层独石陶瓷电容器、金属化薄膜电容器、钽电解电容器等)的相互渗透。铝电解电容器自身也在不断改进、完善和创新。尤其是随着科学技术的发展,社会需求的提高,环境的改善,新型整机的诞生,使小型化、片式化和中高压大容量铝电解电容器的应用领域不断拓宽,需求量越来越大。因此,铝电解电容器不仅不会萎缩,而且还具有更强的生命力和更广阔的发展空间,会有更快的增长速度。
  1 铝电解电容器的结构与性能特点
    铝电解电容器是由经过腐蚀和形成氧化膜的阳极铝箔、经过腐蚀的阴极铝箔、中间隔着电解纸卷绕后,再浸渍工作电解液,然后密封在铝壳中而制成的。其性能特点如下所述。
  1.1 单位体积电容量非常大
  电容器的电容量C=ε0εrS/d,
    其中,ε0是真空电容率(常数),εr是介质材料的相对介电常数,S是电极的有效面积,d是介质材料的厚度。对于铝电解电容器,εr=8~10。阳极铝箔和阴极铝箔可以通过腐蚀使其表面积增加几十倍到几百倍。d=αVf,α≈1.4nm/V,Vf=10V~600V,则d约为0.014μm~0.9μm,比其它电容器小几倍到几百倍。因而,电解电容器的单位体积电容量比其它电容器大几倍到几十倍。
  1.2 额定容量非常大
    由于电解电容器采用卷绕结构,很容易扩大体积,因此,可以很容易地做到几万微法甚至几十万微法的额定电容量。
  1.3 具有自愈作用
    由于电容器内部有电解液,因此,在工作中,电容器阳极铝箔上的电介质一旦发生局部性破坏,电解液中的O2-或OH-或酸根离子在电场力的作用下迅速到达破坏位置,将破坏位置堵塞住,并将破坏的氧化膜修复,使电容器恢复正常状态。
  1.4 工作电场强度高
    由于阳极氧化膜在形成过程中每伏特生长大约1.4nm,即阳极氧化膜生长时的电场强度约为7×107V/cm,其工作状态下的电场强度约为5×107V/cm,这个值远远大于陶瓷电容器和薄膜电容器的工作电场强度。
    1.5 价格优势
    由于制造铝电解电容器所使用的主要原材料都是普通工业材料,所用设备属于一般工业设备,自动化程度也较高,因此制造成本相对较低,尤其是单位容量的制造成本比其它类型的电容器具有压倒性优势。
    2 铝电解电容器存在的缺点
    2.1 有极性和有漏液的可能性
    由于电解电容器存在极性,在使用时必须注意正负极的正确接法,否则不仅电容器发挥不了作用,而且漏电流很大,短时间内电容器内部就会发热,破坏氧化膜,随即损坏。
    铝电解电容器用铝壳和橡胶塞密封,当工作电解液受热汽化后,容易从引线的根部渗出。电容器长期工作后,导致电解液干涸,使电容器失效。这是铝电解电容器的主要失效模式之一。
    2.2 损耗角正切值较大,温度、频率特性相对较差
    工作电解液在铝电解电容器中起着阴极的作用,由于工作电解液是离子导体,而离子的运动速度比电子的运动速度慢得多,导致工作电解液的电导率比电子导体的电导率低。再浸电解纸后其电导率进一步下降,因此,工作电解液所引起的等效串联电阻比其它电容器的金属电极所引起的等效串联电阻大,从而导致铝电解电容器的损耗角正切值较大,且频率特性相对较差。另外,由于液体材料的电导率受温度的影响较大,所以,铝电解电容器的温度特性也相对较差。
  2.3 易老化
    工作电解液尽管采用的是弱酸/弱碱盐作为电解质,水和有机溶剂作溶剂,但仍然具有一定的腐蚀性,对电容器的阳极氧化膜和橡胶塞有一定的侵蚀作用。另外,电解质盐与溶剂之间随着时间的推移也会发生一定的化学反应。这些现象都将导致电容器的电性能劣化。
    总之,尽管铝电解电容器具有一定的缺点,限制了它在某些场合的应用,但是由于它的高容量和价格优势等显著的优点,使它在同陶瓷电容器、薄膜电容器、钽电解电容器的竞争中牢牢地占据着30%以上的份额。且随着汽车电子、变频技术等电力电子技术的发展,其所占比率将有大幅度上升的趋势。
    3 铝电解电容器的生命力
    随着科学技术的发展,尤其是集成电路(IC)和超大规模集成电路(VLSI)的发展,整个电容器行业能否持续发展,甚至还有没有生存空间受到人们的怀疑,然而,从1987年以来,全球电容器的生产量每年以20%以上的速度增长,使这种怀疑不攻自破。实践证明铝电解电容器具有极强的生命力。
    3.1IC的发展无法取代铝电解电容器
    一方面,由于IC的出现使部分小容量的电容器被集成到电路内部;另一方面,IC的发展使电路系统的工作频率大大提高,导致铝电解电容器在部分电路中被别的电容器所取代。但是,IC电路中的电源|稳压器部分却始终离不开电解电容器。另外,铝电解电容器自身性能的提高也向其它电容器的应用领域扩展。
    3.2 整机电路的变化只改变了铝电解电容器的型号
    开关电源的体积不断缩小,能量转换效率不断提高,使得开关电源的工作频率不断提高(从20kHz到500kHz,甚至达到1MHz以上),导致其输出部分的高频噪声加大,为了有效滤波,必须使用超低高频阻抗或低等效串联电阻(ESR)的电容器。
    3.3 其它电容器与铝电解电容器的相互补充
    多层独石陶瓷电容器使用的陶瓷介质的不断开发,介电常数不断提高,再加上其高频性能好以及片式化等有利条件,使其在低压小容量的应用场合具有一定优势。
    金属化薄膜的制备技术不断提高,使薄膜的耐压性大大提高,另外,薄膜电容器具有可靠性高、ESR小等优点,使薄膜电容器在中高压小容量的使用中有一定特长。
    钽电解电容器不仅具有优良的温度和频率特性,而且又具有片式化的优势,在低压中小容量的应用领域有一定的增长。
    双电层电容器的材料及制备技术不断进步,大大降低了其ESR,使其在低压大容量的应用领域具有竞争性。
    由此可见,中高压大容量铝电解电容器并没有受到其它电容器的冲击,具有其独特的优势。另外,在低压小容量方面虽然存在一定的竞争,其出路在于加快相关技术的研究开发,加强和继续扩大铝电解电容器现有优势,克服其自身的缺点。特别是近几年来,铝电解电容器已在多方面取得了长足的突破性进展,实现了质的飞跃。不仅其市场份额没有缩小,相反,其应用领域不断扩宽,呈现出高速增长,迎来了许多前所未有的发展机遇。
    4 铝电解电容器迎来难得的机遇
  信息时代的到来,知识经济的出现,不仅给全球经济带来了福音,也给电子工业带来前所未有的繁荣,同样,铝电解电容器也得到空前的发展。
    4.1市场方面的机遇


  4.1.1 通信市场爆发式增长
    信息时代的到来,使得各种通信手段、网络技术得到蓬勃发展,程控交换机、电话机、手机、无绳电话机、呼机、台式计算机、笔记本电脑、掌上计算机、显示器、复印机、传真机、打印机、扫描仪、充电器等等,得到迅速普及,在其电源部分大量使用铝电解电容器。从低压到高压、从小容量到大容量,种类繁多,需求量巨大。
    4.1.2 汽车电子来势汹涌
    传统汽车电子化涉及十大电子系统,其中有电子仪器|仪表盘、电子喷油系统、汽车音响系统、发动机管理系统、全球定位系统、刹车防抱死系统、安全气囊系统、自动驾驶系统、自动窗系统、自动锁系统等。这些系统中全都或多或少地要使用铝电解电容器。而未来的电动汽车更是铝电解电容器新的增长点,每部电动汽车至少需要4只高压大容量铝电解电容器用在电池充电、电压转换、逆变器等电路中。
    4.1.3 家用电器的普及

    彩色电视机、音响、照相机、VCD、DVD、磁带录像机、激光唱机、变频空调、变频冰箱、洗衣机、微波炉、电饭锅、吸尘器、节能灯以及未来数字电视、机顶盒和数码相机等都是铝电解电容器的使用大户。一台数字电视机中铝电解电容器的需求量是普通电视机的3倍。
    4.1.4 工业领域
    随着计算机集成制造系统(CIMS)、数字加工中心、自动装配机等各种自动化技术的日益广泛,促进了变频技术的发展,工业领域大量使用开关电源、不间断电源(UPS)、逆变器、监视器、变频电机、数控设备,其中大量使用铝电解电容器。另外,激光加工、逆变焊机、电梯、石油勘探、第三代和第四代IGBT的开发、甚至发达国家高速公路的太阳能照明系统等等也需要使用大量的铝电解电容器。
    4.1.5 军事及航空航天领域
    近几年,军队作战已逐步变成电子对抗,电子装备水平的高低直接预示着战场的胜负。航空航天领域更是大量使用先进的电子设备。在这些电子设备中同样大量使用铝电解电容器。
    总之,只要是使用电子设备的地方,基本上都离不开铝电解电容器。有了这些机遇,铝电解电容器保持每年以20%以上的速度增长是不会存在问题的。
  4.2 技术方面的机遇
  4.2.1新型电容器的诞生
    近年来,由于材料科学的突飞猛进,使铝电解电容器的技术得以飞速发展。最具代表性的是以有机半导体材料如TCNQ(1S/cm)和导电聚合物如聚吡咯(120S/cm)等作为阴极材料研制出固体片式铝电解电容器。由于新型阴极材料具有比传统电解液(10-2S/cm以下)高得多的电导率,使新型铝电解电容器不仅实现了片式化,而且克服了传统铝电解电容器温度和频率特性差的缺点,达到近乎理想电容器的阻抗频率特性。使铝电解电容器的电性能和可靠性发生了质的飞跃,大大拓宽了铝电解电容器的应用领域。
  4.2.2 传统电容器制造技术的改进
    高纯度、高性能铝箔材料的采用使材料的腐蚀性能大大改善,同时形成的介质氧化膜的漏电流大大降低;先进腐蚀和形成工艺的开发,使阴、阳极铝箔的比容量进一步增加,阳极箔的漏电流进一步下降;化学性稳定的电解质和溶剂,尤其是特种添加剂的应用,减小了对电容器原辅材料的侵蚀,减小了电解液的泄漏;加上新型密封材料的采用,大大提高了电容器的使用寿命和搁置寿命(达到105℃、3000h~5000h);新型电解纸的开发,大大提高了离子的穿透速度,使电容器的ESR降低5倍~7倍,使同样容量的电容器在高频下相当于5只~7只普通电容器。这些材料和工艺技术的改进使传统的铝电解电容器的工作温度范围、可靠性、使用寿命、外形尺寸等的综合性能得到了大大提高。另外,液体立式片型铝电解电容器(V-chip)的开发成功,不仅缩小了电容器的体积,提高了电容器的性能,而且适应了表面贴装技术的发展潮流,进一步拓展了电解电容器的生存空间。
  4.2.3 纳米复合材料的应用
    铁电材料如钛酸钡、钛酸锶等具有几百到几千的介电常数。纳米级铁电薄膜材料的制备与性能研究已经比较成熟。若能将纳米级铁电材料复合于阳极氧化膜上,形成复合氧化膜,必将大大提高阳极箔的比容,使铝电解电容器的体积显著缩小,可大大拓展其应用领域。
  5 结束语
    铝电解电容器一直处于不断克服自身缺点,发挥本征优点的创新与发展过程中。新材料、新技术、新工艺不断涌现,新市场、新领域不断召唤与挑战,极大地促进了铝电解电容器的水平提高与性能改进,反过来又刺激了对铝电解电容器的需求和发展。随着铝电解电容器的新材料、新技术、新工艺不断的实用化,必将推动铝电解电容器进入一个新时代

一、基础知识  电容器是一种储能元件,在电路中用于调谐、滤波、耦合、旁路、能量转换和延时。电容器通常叫做电容。按其结构可分为固定电容器、半可变电容器、可变电容器三种。 
 
1 常用电容的结构和特点 
常用的电容器按其介质材料可分为电解电容器、云母电容器、瓷介电容器、玻璃釉电容等。 
 
铝电解电容 
它是由铝圆筒做负极,里面装有液体电解质,插入一片弯曲的铝带做正极制成。还需要经过直流电压处理,使正极片上形成一层氧化膜做介质。它的特点是容量大,但是漏电大,误差大,稳定性差,常用作交流旁路和滤波,在要求不高时也用于信号耦合。电解电容有正、负极之分,使用时不能接反。有正负极性,使用的时候,正负极不要接反。  
 
纸介电容 
用两片金属箔做电极,夹在极薄的电容纸中,卷成圆柱形或者扁柱形芯子,然后密封在金属壳或者绝缘材料(如火漆、陶瓷、玻璃釉等)壳中制成。它的特点是体积较小,容量可以做得较大。但是有固有电感和损耗都比较大,用于低频比较合适。  
 
金属化纸介电容 
结构和纸介电容基本相同。它是在电容器纸上覆上一层金属膜来代替金属箔,体积小,容量较大,一般用在低频电路中。   
 
油浸纸介电容 
它是把纸介电容浸在经过特别处理的油里,能增强它的耐压。它的特点是电容量大、耐压高,但是体积较大。  
 
 
玻璃釉电容  
以玻璃釉作介质,具有瓷介电容器的优点,且体积更小,耐高温。 
 
陶瓷电容用陶瓷做介质,在陶瓷基体两面喷涂银层,然后烧成银质薄膜做极板制成。它的特点是体积小,耐热性好、损耗小、绝缘电阻高,但容量小,适宜用于高频电路。 
  铁电陶瓷电容容量较大,但是损耗和温度系数较大,适宜用于低频电路。  
 
 
薄膜电容 
结构和纸介电容相同,介质是涤纶或者聚苯乙烯。涤纶薄膜电容,介电常数较高,体积小,容量大,稳定性较好,适宜做旁路电容。 
  聚苯乙烯薄膜电容,介质损耗小,绝缘电阻高,但是温度系数大,可用于高频电路。 
 
 
云母电容 
用金属箔或者在云母片上喷涂银层做电极板,极板和云母一层一层叠合后,再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。它的特点是介质损耗小,绝缘电阻大、温度系数小,适宜用于高频电路。  
 
 
钽、铌电解电容  
它用金属钽或者铌做正极,用稀硫酸等配液做负极,用钽或铌表面生成的氧化膜做介质制成。它的特点是体积小、容量大、性能稳定、寿命长、绝缘电阻大、温度特性好。用在要求较高的设备中。  
 
半可变电容 
也叫做微调电容。它是由两片或者两组小型金属弹片,中间夹着介质制成。调节的时候改变两片之间的距离或者面积。它的介质有空气、陶瓷、云母、薄膜等。  
   
可变电容 
它由一组定片和一组动片组成,它的容量随着动片的转动可以连续改变。把两组可变电容装在一起同轴转动,叫做双连。可变电容的介质有空气和聚苯乙烯两种。空气介质可变电容体积大,损耗小,多用在电子管收音机中。聚苯乙烯介质可变电容做成密封式的,体积小,多用在晶体管收音机中。  
 
2 主要性能指标  
标称容量和允许误差:电容器储存电荷的能力,常用的单位是FuFpF。电容器上标有的电容数是电容器的标称容量。电容器的标称容量和它的实际容量会有误差。一般,电容器上都直接写出其容量,也有用数字来标志容量的,通常在容量小于10000pF的时候,用pF做单位,大于10000pF的时候,用uF做单位。为了简便起见,大于100pF而小于1uF的电容常常不注单位。没有小数点的,它的单位是pF,有小数点的,它的单位是uF。如有的电容上标有“332”(3300pF)三位有效数字,左起两位给出电容量的第一、二位数字,而第三位数字则表示在后加0的个数,单位是pF 
 
额定工作电压:在规定的工作温度范围内,电容长期可靠地工作,它能承受的最大直流电压,就是电容的耐压,也叫做电容的直流工作电压。如果在交流电路中,要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。常用的固定电容工作电压有6.3V10V16V25V50V63V100V2500V400V500V630V1000V 
 
绝缘电阻:由于电容两极之间的介质不是绝对的绝缘体,它的电阻不是无限大,而是一个有限的数值,一般在1000兆欧以上,电容两极之间的电阻叫做绝缘电阻,或者叫做漏电电阻,大小是额定工作电压下的直流电压与通过电容的漏电流的比值。漏电电阻越小,漏电越严重。电容漏电会引起能量损耗,这种损耗不仅影响电容的寿命,而且会影响电路的工作。因此,漏电电阻越大越好。 
 
介质损耗:电容器在电场作用下消耗的能量,通常用损耗功率和电容器的无功功率之比,即损耗角的正切值表示。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。  
 
4.选用常识  
电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。在滤波电路中,电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍。使用电解电容的时候,还要注意正负极不要接反。  
不同电路应该选用不同种类的电容。揩振回路可以选用云母、高频陶瓷电容,隔直流可以选用纸介、涤纶、云母、电解、陶瓷等电容,滤波可以选用电解电容,旁路可以选用涤纶、纸介、陶瓷、电解等电容。 
  电容在装入电路前要检查它有没有短路、断路和漏电等现象,并且核对它的电容值。安装的时候,要使电容的类别、容量、耐压等符号容易看到,以便核实。 
 
二、电容器检测的一般方法 
 
1.固定电容器的检测. 
  A检测10pF以下的小电容 。因10PF以下的固定电容器容量太小,用万用表进行测量,只能定性的检查其是否有漏电,内部短路或击穿现象。测量时,可选用万用表R×10k挡,用两表笔分别任意接电容的两个引脚,阻值应为无穷大。若测出阻值(指针向右摆动)为零,则说明电容漏电损坏或内部击穿。  
 
B检测10PF001μF固定电容器是否有充电现象,进而判断其好坏。万用表选用R×1k挡。两只三极管的β值均为100以上,且穿透电流要小。可选用3DG6等型号硅三极管组成复合管。万用表的红和黑表笔分别与复合管的发射极e和集电极c相接。由于复合三极管的放大作用,把被测电容的充放电过程予以放大,使万用表指针摆幅度加大,从而便于观察。应注意的是:在测试操作时,特别是在测较小容量的电容时,要反复调换被测电容引脚接触AB两点,才能明显地看到万用表指针的摆动。C对于001μF以上的固定电容,可用万用表的R×10k挡直接测试电容器有无充电过程以及有无内部短路或漏电,并可根据指针向右摆动的幅度大小估计出电容器的容量。  
 
 
2.电解电容器的检测 
  A因为电解电容的容量较一般固定电容大得多,所以,测量时,应针对不同容量选用合适的量程。根据经验,一般情况下,147μF间的电容,可用R×1k挡测量,大于47μF的电容可用R×100挡测量。 
  B将万用表红表笔接负极,黑表笔接正极,在刚接触的瞬间,万用表指针即向右偏转较大偏度(对于同一电阻挡,容量越大,摆幅越大),接着逐渐向左回转,直到停在某一位置。此时的阻值便是电解电容的正向漏电阻,此值略大于反向漏电阻。实际使用经验表明,电解电容的漏电阻一般应在几百kΩ以上,否则,将不能正常工作。在测试中,若正向、反向均无充电的现象,即表针不动,则说明容量消失或内部断路;如果所测阻值很小或为零,说明电容漏电大或已击穿损坏,不能再使用。C对于正、负极标志不明的电解电容器,可利用上述测量漏电阻的方法加以判别。即先任意测一下漏电阻,记住其大小,然后交换表笔再测出一个阻值。两次测量中阻值大的那一次便是正向接法,即黑表笔接的是正极,红表笔接的是负极。D使用万用表电阻挡,采用给电解电容进行正、反向充电的方法,根据指针向右摆动幅度的大小,可估测出电解电容的容量。 
 
3.可变电容器的检测 
  A用手轻轻旋动转轴,应感觉十分平滑,不应感觉有时松时紧甚至有卡滞现象。将载轴向前、后、上、下、左、右等各个方向推动时,转轴不应有松动的现象。B用一只手旋动转轴,另一只手轻摸动片组的外缘,不应感觉有任何松脱现象。转轴与动片之间接触不良的可变电容器,是不能再继续使用的。C将万用表置于R×10k挡,一只手将两个表笔分别接可变电容器的动片和定片的引出端,另一只手将转轴缓缓旋动几个来回,万用表指针都应在无穷大位置不动。在旋动转轴的过程中,如果指针有时指向零,说明动片和定片之间存在短路点;如果碰到某一角度,万用表读数不为无穷大而是出现一定阻值,说明可变电容器动片与定片之间存在漏电现象。
 
铝电解电容选型要点:
  容量,耐压,温度范围,元件封装形式与尺寸
  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
  电子元件技术网通过调查工程师在铝电解选型和应用中碰到的问题提出,要关注耐压、容量、温度和尺寸几个参数,也要注意铝电解电容对整个电路的稳定性问题。
  铝电解电容是以经过蚀刻的高纯度铝箔作为阳极,以浸有电解液的薄纸或布做阴极构成的极性电容器。
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 、寿命随温度的升高下降很快
  数字电路中使用的铝质电解电容一般用于电源平滑滤波,除容量、耐压、容量误差、工作温度、封装尺寸等熟知的参数外,还有儿个有关电容器品质的重要参数,包括损耗角正切、漏电流、等效串联电阻ESR、允许的纹波电流、使用寿命等。这些参数不标在成品封装外皮上,只在产品规格书中体现的,但这些参数有可能是关系电路性能的关键。
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,这两个参数是很重要,是选用电容最基本的内容。
  在实际电容选型中,对电流变化节奏快的地方要用容量较大的电容,但并非容量越大越好,首先,容量增大,成本和体积可能会上升,另外,电容越大充电电流就越大,充电时间也会越长。这些都是实际应用选型中要考虑的。
  额定工作电压:在规定的工作温度范围内,电容长期可靠地工作,它能承受的最大直流电压。在交流电路中,要注意所加的交流电压最大值不能超过电容的直流工作电压值。常用的固定电容工作电压有6.3V10V16V25V50V63V100V2500V400V500V630V。电容在电路中实际要承受的电压不能超过它的耐压值。
  在滤波电路中,电容的耐压值不要小于交流有效值的1.42倍。另外还要注意的一个问题是工作电压裕量的问题,一般来说要在15%以上。例如某电容的额定电压是50V,虽然涌浪电压可能高至63V,但一般最高只会施加42V电压。
  让电容器的额定电压具有较多的余裕,能降低内阻、降低漏电流、降低损失角、增加寿命。虽然说, 48V的工作电压使用50V的铝电解电容短时间不会出现问题,但使用久了,寿命就有可能降低。
介质损耗
  电容器在电场作用下消耗的能量,通常用损耗功率和电容器的无功功率之比,即损耗角的正切值表示(在电容器的等效电路中,串联等效电阻 ESR 同容抗 1/ωC ω=2πf)之比称之为 Tan δ,这里的 ESR 是在 120Hz 下计算获得的值。显然,Tan δ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。散逸因数dissipationfactor(DF)存在於所有电容器中,有时DF值会以损失角tanδ表示。此参数愈低愈好。但铝电解电容此参数比较高。
  DF值是高还是低,就同一品牌、同一系列的电容器来说,与温度、容量、电压、频率……都有关系;当容量相同时,耐压愈高的DF值就愈低。此外温度愈高DF值愈高,频率愈高DF值也会愈高。
外型尺寸
  外型尺寸与重量及接脚型态相关。single ended是径向引线式,screw是锁螺丝式,另外还有贴片铝电解电容等。至於重量,同容量同耐压,但品牌不同的两个电容做比较,重量一定不同;而外型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,高度低的可以代用高度大的电容,但是长度高的替代低的电容时就要考虑机构干涉问题。
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 currentripple 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:IK×CV。漏电流I的单位是μAK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。
 


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