1、第3期 電子元件與材料 Vol.21 No.32002年3月 ELECTRONIC COMPONENTS & MATERIALS Mar. 2002研究與試制R & D鋁電解電容器的阻抗特性分析楊邦朝馮哲圣電子科技大學(xué)微電子與固體電子學(xué)院摘要: 阻抗特性是電子元件在電子線路應(yīng)用中一個重要的參數(shù)有阻力的元件紋波電流一般電容器用于濾波或平滑作用時此紋波電流會導(dǎo)致電容器內(nèi)部溫度升高而直接影響到電容器的使用壽命電容器會成為一個圖中兩個電極分別為經(jīng)過電化學(xué)腐蝕處理以擴大其表面積的鋁金屬箔ʽÖÐS為電極的總有效面積為7為相對介電常數(shù)r本文主要針對鋁

2、電解電容器的結(jié)構(gòu)特點1鋁電解電容器的阻抗圖1 鋁電解電容器結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure of aluminum electrolytic capacitor一般地capacitanceC=0rSd2002-01-081.1阻抗的定義當(dāng)電容器在直流電路中工作時此時可看作類開路現(xiàn)象電容器會呈現(xiàn)出具有一定阻力的元件阻抗阻力電抗impedance一般此阻抗是一復(fù)數(shù)量R它包括實數(shù)部分及虛數(shù)部分圖2 電容器阻抗的復(fù)數(shù)向量表示Fig.2 Vector show of impedance of capacitor收稿日期14 電 子 元 件 與 材 料 2002年阻抗Z=R+jXXÈ&#

3、244;Êǵç¸ÐÔª¼þ為2若是電容元件則為1/2其中f為頻率介質(zhì)損耗因子=tg×100%=R/fCfRC)×100%對于電感元件 Q=1D=tgfL/R)×100%1.2鋁電解電容器的等效電路鋁電解電容器的等效電路如圖3所示C為電容量Les為等效串聯(lián)電感其中等效串聯(lián)電阻Res的大小和電解液的電導(dǎo)電容量率介質(zhì)層的介電損耗電容器的Rtges值并不是一個定值例如與工作頻多率等效串聯(lián)電感Les一般在低頻時受影響較小一般介質(zhì)層的等效并聯(lián)電阻r遠大于XCZ=Res+jC

4、= Res j(1/L)|Z|=Res)2+(1/CL)21.3 鋁電解電容器的阻抗頻率特性100圖4示出了OS-CON476.3 mm306 mm)鋁電解電容器10BF/16 V(7 mm的阻抗及RTa-capes隨476.3 mm311 mm)D頻率變化的關(guān)1F/16 V(25 mmB系曲線2C0.1D¼´A0.01102 103 104 105 106 107 2C×迹Z=ResÔÚƵÂʵÍÓÚ¹²&#

5、213;ñµãʱ×迹Z可簡化為fC,所以當(dāng)頻率愈高時阻抗值就愈小電感效應(yīng)變大Z=Res+jXL=Res+j2當(dāng)電容器作為濾波或平滑應(yīng)用時會流經(jīng)一紋波電流而直接影響電容器的壽命將可能會使工作電解液蒸發(fā)量增加將導(dǎo)致電容器的電容量降低和損耗角正切值增大對于固體電容器就不存在電解液的干涸問題也就是必須限制工作在技術(shù)條件允許的紋波電流值范圍內(nèi)如絕緣化而影響電容器的特性當(dāng)一含有紋波的電源施加到電容器上時此時因電容器的交流阻抗及直流漏電流的存在所造成的電能損失會轉(zhuǎn)變成熱能功率損耗少影響and tgIac為交流電流

6、Idc為漏電流ºËÐÄ-殼體S為表面積×D通常AFPdcPac所以Pac= Iac2×Rac= Ir2×Res由紋波電流造成的溫升K/SK/SK/SIr2×Res/T=×/第 3 期 15楊邦朝等與表面積成反比與電容器外觀表面積及電容量和頻率成反比時導(dǎo)入不同紋波電流所產(chǎn)生的表面溫升Tab.1 Change of surface temperature of OS aluminum electrolytic capacitorwhen leading differ ripple current at 45(

7、1) 電容器內(nèi)部中心溫度與電容器表面的溫度系數(shù)見表2所示45電容器表面溫度/ T / T /4.4 A4.4 A4545454545ts/µ¥Î»W/度下部的環(huán)境溫電容器底可以看出¼û±í3所示aÊäÈëÂ˲¨µçÁ÷103160450 V0.770.821.001.161.3010103引線型電容器Lead-shaped capacitor(exporting filtering current)f / Hz電容量 /6.3100 V1 2001 0000.700.750.800.901.000.200.300.501030.80101.00容器的特性阻抗會隨時間而變化事實上電容器會流過不同的紋波電流則在同樣的交流電壓下會流過較小的紋波電流此點在進行壽命試驗時應(yīng)予以注意¼û±í4所示素只有清楚地了解影響阻抗特性的各個因同時參考文獻曹婉真.電解