铝电解电容的阻抗和特性分析

1、第3期 电子元件与材料 Vol.21 No.32002年3月 ELECTRONIC COMPONENTS & MATERIALS Mar. 2002研究与试制R & D铝电解电容器的阻抗特性分析杨邦朝冯哲圣电子科技大学微电子与固体电子学院摘要: 阻抗特性是电子元件在电子线路应用中一个重要的参数有阻力的元件纹波电流一般电容器用于滤波或平滑作用时此纹波电流会导致电容器内部温度升高而直接影响到电容器的使用寿命电容器会成为一个图中两个电极分别为经过电化学腐蚀处理以扩大其表面积的铝金属箔ʽÖÐS为电极的总有效面积为7为相对介电常数r本文主要针对铝

2、电解电容器的结构特点1铝电解电容器的阻抗图1 铝电解电容器结构示意图Fig.1 Structure of aluminum electrolytic capacitor一般地capacitanceC=0rSd2002-01-081.1阻抗的定义当电容器在直流电路中工作时此时可看作类开路现象电容器会呈现出具有一定阻力的元件阻抗阻力电抗impedance一般此阻抗是一复数量R它包括实数部分及虚数部分图2 电容器阻抗的复数向量表示Fig.2 Vector show of impedance of capacitor收稿日期14 电 子 元 件 与 材 料 2002年阻抗Z=R+jXXÈ&#

3、244;Êǵç¸ÐÔª¼þ为2若是电容元件则为1/2其中f为频率介质损耗因子=tg×100%=R/fCfRC)×100%对于电感元件 Q=1D=tgfL/R)×100%1.2铝电解电容器的等效电路铝电解电容器的等效电路如图3所示C为电容量Les为等效串联电感其中等效串联电阻Res的大小和电解液的电导电容量率介质层的介电损耗电容器的Rtges值并不是一个定值例如与工作频多率等效串联电感Les一般在低频时受影响较小一般介质层的等效并联电阻r远大于XCZ=Res+jC

4、= Res j(1/L)|Z|=Res)2+(1/CL)21.3 铝电解电容器的阻抗频率特性100图4示出了OS-CON476.3 mm306 mm)铝电解电容器10BF/16 V(7 mm的阻抗及RTa-capes随476.3 mm311 mm)D频率变化的关1F/16 V(25 mmB系曲线2C0.1D¼´A0.01102 103 104 105 106 107 2C×迹Z=ResÔÚƵÂʵÍÓÚ¹²&#

5、213;ñµãʱ×迹Z可简化为fC,所以当频率愈高时阻抗值就愈小电感效应变大Z=Res+jXL=Res+j2当电容器作为滤波或平滑应用时会流经一纹波电流而直接影响电容器的寿命将可能会使工作电解液蒸发量增加将导致电容器的电容量降低和损耗角正切值增大对于固体电容器就不存在电解液的干涸问题也就是必须限制工作在技术条件允许的纹波电流值范围内如绝缘化而影响电容器的特性当一含有纹波的电源施加到电容器上时此时因电容器的交流阻抗及直流漏电流的存在所造成的电能损失会转变成热能功率损耗少影响and tgIac为交流电流

6、Idc为漏电流ºËÐÄ-壳体S为表面积×D通常AFPdcPac所以Pac= Iac2×Rac= Ir2×Res由纹波电流造成的温升K/SK/SK/SIr2×Res/T=×/第 3 期 15杨邦朝等与表面积成反比与电容器外观表面积及电容量和频率成反比时导入不同纹波电流所产生的表面温升Tab.1 Change of surface temperature of OS aluminum electrolytic capacitorwhen leading differ ripple current at 45(

7、1) 电容器内部中心温度与电容器表面的温度系数见表2所示45电容器表面温度/ T / T /4.4 A4.4 A4545454545ts/µ¥Î»W/度下部的环境温电容器底可以看出¼û±í3所示aÊäÈëÂ˲¨µçÁ÷103160450 V0.770.821.001.161.3010103引线型电容器Lead-shaped capacitor(exporting filtering current)f / Hz电容量 /6.3100 V1 2001 0000.700.750.800.901.000.200.300.501030.80101.00容器的特性阻抗会随时间而变化事实上电容器会流过不同的纹波电流则在同样的交流电压下会流过较小的纹波电流此点在进行寿命试验时应予以注意¼û±í4所示素只有清楚地了解影响阻抗特性的各个因同时参考文献曹婉真.电解