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• 發布時間：2024-01-31
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【概要描述】鋁電解電容溫度，紋波電流，ESR，損耗

工作溫度范圍??Operating Temperature Range?

它是環境溫度范圍,在這個溫度下電容被設計能持續工作.?很大程度上化成電壓決定了高溫限制值.?低溫限制值很大程度上由電解液的低溫電阻系數所決定.?105 ℃等級的化成電壓要高于85 ℃.所以105?℃ 等級的電容比85 ℃的電容具有更長的壽命 或更高的承受紋波電流的能力.?

紋波電流??Ripple Current?

紋波電流是流進電容的交流電流.之所以稱為紋波電流是因為其所關聯的依附在電容的直流偏置電壓上的交流電壓的行進就像水上的紋波一樣.?紋波電流使電容發熱,太高的溫升將使電容超過它的最大可允許管芯的溫度而很快損壞,但是工作于接近最大允許管芯溫度將大大縮短預期的壽命.?

最大可允許的紋波電流決定于多大可被允許且仍能滿足電容的負載壽命指標.對于鋁電解電容工作于最大允許管芯溫度其負載壽命指標典型值是1000到10,000小時.即六個星期到一年零七個星期,對于大多數的應用這個時間都太短了.?

紋波電流的技術規格??Ripple current specification?

紋波電流是由在額定溫度下獲得希望的溫升所決定的.?

通常額定溫度為85℃的電容允許的溫升是10℃,最大允許管芯溫度是95℃.?

通常額定溫度為105℃的電容允許的溫升是5℃,最大允許管芯溫度是110℃.?

紋波電流額定值通常假定電容是對流冷卻,整個罐子與空氣接觸.0.006W/℃/in2的對流系數是假設溫升是從空氣到外殼,管芯溫度假設與外殼溫度相同.?

功率損耗等于紋波電流的平方乘以ESR , ( P=I (square)*R) .通常使用25℃,120Hz的最大的ESR,但是既然ESR隨溫度的增加而減少,所以可使用低于最大ESR的值去計算功率損耗.?

這有一個例子,對于4700uF,450V,直徑為3 inch(76mm),長為55/8 inchs(143mm) 的罐型電容,其25℃,120Hz最大的ESR是30mΩ,假設你想要這種電容紋波電流額定值.罐型的面積-不包括端子末端-是60.1in2(388mm2).熱導系數是(0.006)(60.1)=0.36W/℃.對于10℃的溫升,外殼可能損耗3.6W.所以對于最大的ESR是30mΩ可允許的紋波電流是11A.(3．6＝I square x 0．03)?

像這個例子里的大的罐型電容忽略了從外殼到管芯的溫升就會嚴重的夸大了紋波電流的容量.?

紋波電流的溫度特性??Ripple current temperature characteristics?

對于工作溫度小于額定溫度額定紋波電流會增加.在技術指標中會顯示增加量.一般增加量決定于最大管芯溫度(Tc),額定溫度(Tr)和環境溫度(Ta)即:?

紋波溫度增量=[(Tc- Ta)/ (Tc- Tr)]1/2?

高的紋波電流會使工作壽命小于預期壽命,因為電容時間越長其ESR越大對于相同的紋波電流發熱量會增加.這加速了磨損.?

紋波電流的頻率特性??Ripple current frequency characteristics?

工作頻率不是120Hz時,要校正額定紋波電流.在技術指標中會顯示增加量.通常增加量決定于預期隨頻率的變化的ESR,但是就像上面所討論的,ESR是溫度,電容量,額定電壓和頻率復雜的函數.所以很難產生一個精確模擬其對頻率依賴的紋波-頻率的增量表.對于高紋波電流的應用要確認在你感興趣的頻率下的ESR,并計算總的功率損耗.?

電解電容器的壽命還與電容器長時間工作的交流電流與額定脈沖電流(一般是指在85℃的環境溫度下測試值,但是有一些耐高溫的電解電容器是在125℃時測試的數據)的比值有關.一般說來,這個比值越大,電解電容器的壽命越短,當流過電解電容器的電流為額定電流的3.8倍時,電解電容器一般都已經損壞.所以,電解電容器有它的安全工作區,對于一般應用,當交流電流與額定脈沖電流的比值在3.0倍以下時,對于壽命的要求已經滿足.?

實際上d的變化范圍在5%—20%之間,它造成紋波電流大小約是電容直流輸出電流,的2-4倍.D的選擇對電容器的影響很大,一個比較小的d值和高峰值的沖點線路能夠產生一個比較大的紋波電流值.紋波電流和d的關系可在中看到,根據ESR和頻率的關系,變換d將會導致電容的能耗,這個能耗正比于紋波電流,或正比于紋波電流的平方,或者是著兩個值中的某一點.?

漣波電流對于石機的濾波電路來說,是一個很重要的參數.漣波電流Irac 是愈高愈好.他的高低與工作頻率相關,頻率越高Irac越大,頻率越低Irac越小.傳統的認為我們需要在低頻時能夠有很高的漣波電流,以求得到良好的大電流放電特性,使的低頻更加結實飽滿富有彈性,以及良好的控制驅動特性;實際上在高頻時高的漣波電流對音色的正面幫助也很大,可以使高頻有更好的延伸和減小粗糙感.?

等效串聯電阻??Equivalent Series Resistance?

等效串聯電阻(ESR)是一個單一的電阻值,它代表了所有的電容的歐姆損耗與電容相串聯.?

用于DC/DC開關穩壓電源輸入濾波電容器,因開關變換器是以脈沖形式向電源汲取電能,故濾波電容器中流過較大的高頻電流,當電解電容器等效串聯電阻(ESR)較大時,將產生較大損耗,導致電解電容器發熱.而低ESR電解電容器則可明顯減小紋波(特別是高頻紋波)電流產生的發熱. 電解電容器ESR較低,能有效地濾除開關穩壓電源中的高頻紋波和尖峰電壓.?

ESR的高低,與電容器的容量、電壓、頻率及溫度…都有關,ESR要求越低越好.當額定電壓固定時,容量愈大 ESR愈低.?

當容量固定時,選用高額定電壓的品種可以降低 ESR.?

低頻時ESR高,?高頻時ESR低,?高溫也會使ESR上升.?

ESR的測量??ESR measurement?

對于鋁電解電容,是在25℃時測試在一個測量橋式電路中等效串聯電路中的電阻值作為ESR的值,測量橋式電路用120Hz沒有諧波含量最大AC信號電壓為1Vrms沒有正向偏置電壓的電源來供電.?

ESR的溫度特性??ESR Temperature characteristics?

ESR隨溫度的的增加而降低.?

從25℃到限制的最高溫度ESR大約降低35%到50%.?

但是在限制的最低溫度時ESR的增加超過10倍.?

對于額定溫度為-20℃或-40℃的電容,在-40℃時ESR的增加超過100倍.?

ESR的頻率特性??ESR Frequency characteristics?

像DF一樣,ESR隨頻率而變化.重寫一次上面DF的公式,ESR可由下面的公式來模擬:?

ESR=10,000(DFif) /2лfC +ESRhf?

用ESR來表示,在低頻時ESR隨著頻率的增加穩定的下降,?

關電源的體積不斷縮小,能量轉換效率不斷提高,使得開關電源的工作頻率不斷提高(從20kHz到500kHz,甚至達到1MHz以上),導致其輸出部分的高頻噪聲加大,為了有效濾波,必須使用超低高頻阻抗或低等效串聯電阻(ESR)的電容器.?

?損耗因數- Dissipation Factor(DF)?

Tan&??(損耗角正切)?

在等效電路中,等效串聯電阻ESR同容抗1/wC 之比稱為 Tan& ,其測量條件與電容量相同.?

Tan&=R(ESR)/(1/ wC)= wC R(ESR)?

其中:R(ESR)= ESR(120HZ) w =2 X 3.14 f?

F= 120Hz?

Tan& 隨著測量頻率的增加而變大,隨著測量溫度的下降而增大.?

損耗因數是測量損耗角的正切值并用百分數來表示.損耗因數也是ESR同容性電抗的比值,因此與ESR有關,用公式表示:?

DF=2лfC(ESR)/10,000?

DF是用百分數表示的沒有單位的數值,測試頻率f的單位是Hz,電容量C的單位是Uf,ESR的單位是Ω.?

DF的測試??DF measurement?

DF的測試是在25℃用120Hz沒有諧波含量最大AC信號電壓為1Vrms沒有偏置電壓的電源來供電下完成的.DF的值與溫度和頻率有關.?

DF的溫度特性??DF Temperature characteristics?

損耗因數隨溫度的升高而降低.從25℃到最高溫度限制值時DF大約降低50%,但是在最低溫度限制值時,DF增加超過10倍.額定溫度為-55℃的更好的器件的DF值在-40℃時增加量不到5倍.?

DF的頻率特性??DF Frequency characteristics、?

損耗因數在高頻時隨頻率的變化而變化.DF用以下的公式來模擬:?

DF=DFif+2лfC(ESRhf)/10,000?

DF是用百分數來表示的總的損耗因數,DFif是用百分數來表示的低頻的損耗因數,ESRhf是高頻時的ESR單位Ω,f是測試頻率單位Hz,C是測試頻率下的電容量單位uF.DFif是由功率損失所造成的,功率損失是由在鋁氧化介質的分子排列方向的電場所產生的.ESRhf是由在薄膜,連接器和電解液/隔離物墊上的阻性損耗所造成的.電解液/隔離物墊上的電阻值經常起主導作用,它的電阻值隨頻率變化很小.DFif的范圍大約是從1.5%到3%.ESRhf的范圍是從0.002到10Ω,隨溫度而降低.?

上面DF的公式表明DF在低頻時是個常數,在交越頻率處跨越到降低的DF和固定的ESR,交越頻率與電容量成反比.因此高電容量的電容其交越頻率就低.隨著頻率的增加高電容量的電容比低電容量的電容DF降低的更多.?

DF值是高還是低,與溫度、容量、電壓、頻率……都有關系;?

當容量相同時,耐壓愈高,DF值就愈低.?

頻率愈高,DF值愈高,?溫度愈高, DF值也愈高.?

DF 值一般不標注在電容器上或規格介紹上面.在DIY選取電容時,可優先考慮選取更高耐壓的,比如工作電壓為45V時,選用50V的就不很合理.盡管使用50V的從承受電壓正常工作方 面并無不妥,但從DF值方面考慮就欠缺一些.使用63V或71V耐壓的會有更好的表現的.當然 再高了性價比上就不合算了.?

含浸??Impregnation?

電容器元件注入電解液,浸透紙隔離物并且滲透到蝕刻管道里.注入的方法可能會涉及到器件的浸入和真空壓力周期的應用不管使用或不使用加熱,或者在小單元情況下僅僅是簡單的吸收.電解液是根據電壓和工作溫度范圍用不同的公式表示的成分的復雜混合物.其基本的成分是具有可溶性和可導電性的鹽-一種溶解物-以產生電的傳導.普通的溶劑是乙烯乙二醇(EG), 二甲基的甲酰胺(DFM)和微克丁內酯(GBL).普通的溶解物是銨硼酸鹽和其它的銨鹽.EG典型應用于額定值為-20℃或-40℃的電容.DFM和GBL經常應用于額定值為-55℃的電容.?

在電解液里水起很大的作用.水增加了導電性因此減少了電容的阻抗.但是它降低了沸點因而妨礙了高溫性能,減少了貯藏壽命.占幾個百分點的水是必要的,因為電解液要維持鋁氧化物電介質的完整性.當漏電流流動時,水被分解為氫和氧,氧被附著在陽極金屬薄片上通過增加更多的氧來復原漏電流地點.氫通過電容的密封橡膠溢出.?