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怎么选择合适的铝电解电容器?

发表时间:2020-05-19 10:51

电路系统性能的稳定可靠,与选用的元器件参数、等级、质量等密切相关。铝电解电容器选型要结合产品应用环境以及电性能的要求,准确提出对铝电解电容参数的具体要求,选型要点主要有: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。


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,要结合实际应用去考虑。


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。


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之比称之为 Tanδ,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。


铝电解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。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。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。


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。



影响铝电解电容寿命的因素有很多,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。


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。



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成本攀升、价格相对较高。所以,铝电解电容的选择要综合考虑,既要兼顾性能要求,又要考虑封装尺寸,批量生产的成本等因素,在设计时要针对系统要求和产品应用的实际情况,仔细查阅相关的产品手册,选择合适的型号,进行实际测试和打样。


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