貼片鋁電解電容性能參數(shù)
1.ESR值;
2.能夠耐受的紋波電流值;
3.溫度特性;
4.損耗角的正切(TAN),相當(dāng)于無功功率和有功功率的比值,這個值跟電容的品質(zhì)以及發(fā)熱量有關(guān)系,這個值越小電容性能越好。
5.漏電流值:無論絕緣體多大,總是會有細(xì)微的電流漏過電容,這個值則代表具體漏過的多少。 此外ESL特性也是電容的性能指標(biāo)之一。但是隨著電容技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在的高等電解電容,其ESL特性一般都很好,到10MHz、20MHz以上的時候往往才能體現(xiàn)出區(qū)別,因此也就失去了比較的意義。 電容ESR的意義 ESR緣何重要? 首先來說ESR。ESR是高頻電解電容里面較重要的性能參數(shù),很多電子元器件都強(qiáng)調(diào)“LOW ESR”這一性能特征,也就是ESR值很小的意思。那么,我們?nèi)绾握_理解LOW ESR的實際意義呢?由于現(xiàn)在電子技術(shù)的發(fā)展,供應(yīng)給硬件的電壓正呈現(xiàn)越來越低的趨勢,例如INTEL、AMD的較新款CPU,電壓均小于2V,相比以前動輒3、4V的電壓要低得多。但是,另一方面這些芯片由于晶體管和頻率爆增,需求的功耗卻是有增無減,因此按P=UI的公式來計算,這些設(shè)備對電流的要求就越來越高了。 例如兩顆功耗同樣是70W的CPU,前者電壓是3.3V,后者電壓是1.8V。那么,前者的電流就是I=P/U=70W/3.3V大約在21.2A左右。而后者的電流就是I=P/U=70W/1.8V=38.9A,達(dá)到了前者的近一倍。在通過電容的電流越來越高的情況下,假如電容的ESR值不能保持在一個較小的范圍,那么就會產(chǎn)生比以往更高的漣波電壓(理想的輸出直流電壓應(yīng)該是一條水平線,而漣波電壓則是水平線上的波峰和波谷)。 此外,即使是相同的漣波電壓,對低電壓電路的影響也要比在高電壓情況下更大。例如對于3.3V的CPU而言,0.2V漣波電壓所占比例較小,還不足以形成致命的影響,但是對于1.8V的CPU而言,同樣是0.2V的漣波電壓,其所占的比例就足以造成數(shù)字電路的判斷失誤。 那么ESR值與漣波電壓的關(guān)系何在呢?我們可以用以下公式表示: V=R(ESR)×I 這個公式中的V就表示漣波電壓,而R表示電容的ESR,I表示電流?梢钥吹剑(dāng)電流加大的時候,即使在ESR保持不變的情況下,漣波電壓也會成倍提高,采用更低ESR值的電容是勢在必行。這就是為什么如今的板卡等硬件設(shè)備上所用的電容,越來越強(qiáng)調(diào)LOW ESR的緣故。上圖就是一個典型的濾波電路。其中的SW IC相當(dāng)開關(guān)電源,將輸入的5V直流電轉(zhuǎn)換為3.3V直流電。而電路的L/C部分則構(gòu)成電路的低通濾波器,目的就是盡量濾去直流電中的漣波電壓。 而上圖的表格則表明了,在L/C部分使用不同種類電容的情況下,這個電路中漣波電壓的表現(xiàn)情況?梢钥闯觯哂蠰OW ESR性能的鋁固體聚合物導(dǎo)體電容(左邊),其清理漣波電壓的性能較強(qiáng),鉭二氧化錳電容(右邊)性能次之,鋁電解液電容(中間)表現(xiàn)較差。同時較后的數(shù)值還將受溫度影響,這點我們還將在后面詳細(xì)說明。 溫度與電容性能的密切關(guān)系 電容的性能并非一成不變,而是會受到環(huán)境的影響,而對電容影響非常大的就是溫度。而在不同種類的電容當(dāng)中,采用電解液作為陰較材質(zhì)的電容例如鋁電解液電容,受溫度影響又較為明顯。因為在不同種類的陰較,例如電解液、二氧化錳、固體聚合物導(dǎo)體當(dāng)中,只有電解液采用離子導(dǎo)電方式,而其余幾種均采用電子導(dǎo)電方式。對于離子導(dǎo)電而言,溫度越高,其離子活動越強(qiáng),電離程度也越強(qiáng)。因此,在溫度不超過額定限度的前提下,電解液電容在高溫狀態(tài)下的性能要比低溫狀態(tài)下更好。 上圖代表25攝氏度下,三種電容降低漣波電壓的能力(電路可以以上一章節(jié)中的電路圖為參考)。其中靠前個表格所使用的OSCON SVP鋁固體聚合物導(dǎo)體電容(1顆,100μF,ESR=40毫歐姆)),第二個表格所使用的是低阻抗鋁電解液電容(3顆并聯(lián)),第三個表格使用的是低阻抗鉭電容(2顆并聯(lián))。 從表格中可以看出,在25攝氏度的常溫狀態(tài)下,三者所產(chǎn)生的漣波電壓分別是22.8/23.8/24.8mV。也就是說,1顆鋁固體聚合物導(dǎo)體電容,在25攝氏度下降低漣波電壓的能力,大致相當(dāng)于2顆鉭電容和3顆鋁電解液電容。 上圖同樣是這三種電容,同一電路,在70攝氏度下降低漣波電壓的表現(xiàn)。可以看出,鋁固體聚合物導(dǎo)體電容和鉭電容的性能改變都不大,依然保持在24~25mV左右,但是3顆鋁電解液電容并聯(lián)下的漣波電壓降低到了16.4mV,這時只需要并聯(lián)兩顆這種電容,即可達(dá)到25攝氏度狀態(tài)下的25mV左右水平,其性能提升巨大。 下面我們就要看低溫環(huán)境下這三種電容的表現(xiàn)了。上圖是在零下20攝氏度下三種電容的成績?梢钥闯,在低溫環(huán)境下,鋁電解液電容的性能降低得非常厲害。3顆并聯(lián)狀態(tài)下的漣波電壓由25攝氏度下的23.8mV猛增到了57.6mV。要將漣波電壓降低到和25攝氏度相同的數(shù)值,需要并聯(lián)7顆這種電容。相比之下我們還能看出,鋁固體聚合物導(dǎo)體電容和鉭電容的性能,無論是在25度、70度還是-20度環(huán)境下,其波動都不大。 從以上分析我們不難看出,鋁電解液電容的ESR值受溫度影響是較其明顯的。上面的圖表則直接畫出了不同種類電容,在不同溫度狀態(tài)下的ESR曲線。其中鋁電解液電容(藍(lán)色線)隨溫度(Y軸)的增加,ESR值(X軸)降低明顯。而鋁固體聚合物導(dǎo)體電容(紫色線)和鉭電容(綠色線)以及高等陶瓷電容(紅色線)則近似于直線,其ESR值受溫度影響不大。而普通陶瓷電容(粉紅線)則受溫度影響非常大。 這里需要說明的是,上表中用做比較的鋁固體聚合物導(dǎo)體電容,其容量較。ㄖ挥100μF),而且ESR并不太低(40毫歐)。如換上大容量,ESR更低的同類產(chǎn)品,較終性能表現(xiàn)將更加突出。
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