深入了解电容:电容的参数指标解释

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了深入了解电容:电容的参数指标解释相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

电容的参数指标解释
容量
这个值通常是室温25℃,在一定频率和幅度的交流信号下测得的容量,一定要有这个标准,因为容量会随着温度,直流电压,交流电压值得变化而改变。

LRC测试仪一般用电桥法测量电容。

村田规定了不同容值范围的电容容值测量信号幅度和频率,如下。我们可以简单认为电容量是在直流分量电压下测量出来的容量值。例如C>10uF的电容,就是在0.5V偏压时对应的电容值。

 
值得一提的是,电容的容量会随着温度的变化而变化,不同材料的电容,变化趋势不同。铝电解电容器在-55~+125℃的温度范围中容量变化程度高达15%,多层陶瓷电容器根据类型的不同(比如说F特性品)容量变化范围达到+30~-80%。F特性品是村田对EIA Class II等级产品的统称。电容的温度特性在陶瓷电容MLCC章节会详细介绍。

额定电压
施加在电容上的最大直流电压,通常要求降额使用。
例如额定电压是4V,降额到70%使用,最高施加在电容两端的电压不得超过2.8V。要想获得更高的可靠性,可以降额更多来使用,例如50%,30%。电容厂家一般会告知合适的降额使用标准,如下是KEMET的T493系列钽电容提供的建议降额使用指导,注意电容的额定电压在高温区是要下降的。MLCC也一样。


漏电流&绝缘电阻
额定电压下,工作5分钟的平均漏电流。电容的绝缘电阻越大,漏电流越小。铝电解电容的漏电流在所有电容中漏电流是最大的,因此成为选型铝电解电容的关键参数指标。陶瓷电容的漏电流很小。
注意,漏电流与温度也有非常紧密的关系,温度越高,漏电流越大。
绝缘电阻是在20℃(或25℃),施加DC电压,不超过额定定压,测量2分钟平均漏电流,然后用电压除以电流,得到绝缘阻抗。不同材料的绝缘阻抗不同,分布如下:

 

 
等效串联电阻ESR
电容的等效模型如下,其中Rparallel标识绝缘阻抗。ESR可以认识是在ESL和C发生谐振(交流阻抗为0)频率下测得的值。


但并不是所有厂家都会提供ESR的值,他们也不会针对不同的容值用不同的谐振频率去测量ESR,因为这样耗时耗力。大部分厂家是施加一个直流+固定交流分量,交流分量一般钽电容100KHz,陶瓷电容10MHz,20℃(有些品牌是25℃)环境下,测得的等效串联电阻。
ESR越低,对PDN越有利,因为PDN追求的是降低整个电源网络的交流阻抗。此外,ESR与电容的功率损耗成正比。
下图是KEMET T493系列钽电容典型参数:

 

 

 

村田没有在每一个产品的规格书上标明ESR的值,但提供电阻阻抗随频率变化的曲线,并,这个曲线可以在官网得到。

陶瓷电容的ESR在毫Ω级别,钽电容在Ω级别,铝电解电容也在Ω级别,但比钽电容大。POSCap电容的容量大,体积大,但ESR也很低,在毫Ω级别。

额定功率损耗
电容在PCB板上,自然通风散热情况下允许的功率消耗,也即P_VR。交流信号在电容上消耗的能量,我们称之为功率损耗PV,假设漏电流是IL,纹波电流是Ir(均方根值),纹波电压是Vr(均方根值),工作电压是VW,则电容的功率损耗是:


要求P_V<P_VR。下图是KEMET钽电容不同封装尺寸对应的最大功率损耗要求:

 

 

KEMET的钽电容一般会提供120Hz,20℃时的DF指标。村田会提供DF随频率变化的曲线。

损耗正切角(DF)
任何材料都有DF,并且与频率正相关。DF的大小与材料本身有关。
施加一个直流U0+交流分量U1(频率与幅度参考容量测试方法),25℃环境下,交流分量在电容器的功率损耗与交流分量在电容器存储的能量之比。电容可以等效为如下模型:

电容器存储能量的公式

 

 

因此能量之比就是阻抗之比。


f是交流分量的频率,ESR就是等效串联电阻,C是电容量。
这个值得倒数就是电容的品质因数,品质因数越大,电容的损耗越小,电容品质越高。
这里再增加一个公式,交流信号在电容上的功率损耗是:

 


ESR与DF正相关,与功率损耗也正相关。聚丙乙烯薄膜电容的ESR低,DF低,特别适合用在高频交流信号上。铝电解电容的ESR很大,就不适合用在这种场合。如下是不同材料的DF范围:

 

以上是关于深入了解电容:电容的参数指标解释的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章

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