高频低阻抗电解电容器的设计原理及注意事项.docVIP

高频低阻抗电解电容器的设计原理及注意事项 一、什么是高频低阻抗电解电容器 1、定义： 为适应开关电源及电路数字化高频高速化发展的需要，而出现的一种新型电解电容器。它的特点是损耗低，高频特性好，在高频下较普通品有较低的阻抗（约低1/3～1/2）。较高的允许脉动电流。通常规定其在100K HZ下的阻抗Z或等效串联电阻ESR及最大允许纹波电流，以表征其高频特性的品级。 2、开关电源： 是电子装置电源革命出现的新品种，特点是取除电源变压器、稳压调节管仅工作在低功耗的开和关两个状态，因此得名。显然其体积小，功耗小，是效率高的高品质直流稳压电源。开关电源将一般电源的45%效率可提高到80-95%以上。开关频率愈高体积愈小效率愈高。这是开关电源的发展方向，也是高频低阻抗电解电容器的发展方向。 3、电路数字化、高频高速化（CPU）（计算及控制）更有利于电子仪器的小型轻量化。 脉冲变压器体积↓，元件参数↓，如电容器的容量↓，开关电路的效率↑。 4、电解电容器高频低阻抗化的实际意义。 1）、实际的电解电容器的串联等效电路 2）、 ESR随频率下降，但tanδ随频率上升。若降低ESR，能削弱tanδ随频率的↑ 3）、 能全面反应电容器引入ESR和ESL对频率的影响。 4）、f0时Z最小， 是电容器使用的最高频限，也是实际电容器保持电容器特性最高的频限，频率再高它就完全不是电容器了。 5）、高频下ESL仍很小可忽略的情况下，Z=ESR 即→0时 ∴高频下 Z也与tanδ有很好的对应关系 因此高频下Z 、ESR愈小，tanδ愈小，允许I~及温升高，发热少，有利于寿命。 6）、滤波效率 V~ = I~Z 同等纹波下，Z愈小纹波电压愈低，滤波效果愈好。 二、高频低阻抗电解电容器设计及注意事项 1、高频低阻抗电解电容器的基本要求 ①、适应小型化发展，必须是小型化 ②、适应高频化的发展，必须尽可能提高f0，改善高频特性，除了降低tanδ外，主要是降低ESL ③、为提高滤波效果，应尽可能降低Z或ESR.也有利降低温升，发热功率P= I~2ESR,提高耐纹波能力 2、低压高频低阻抗电解电容器 ①、小型化 为小型化应选择高比容箔，但高比容必然增加箔电阻，不利于降ESR，应取两者之平衡，在尺寸允许情况下，可选低一点的比容箔。为解决这方面的矛盾，特意研究了高频低阻抗专用箔，特点是高比容低损耗，即在追求高比容的同时，尽可能降低箔电阻。在腐蚀技术及化成技术两方面都下功夫。腐蚀技术主要追求在高倍率腐蚀的同时尽可能不提高箔电阻， 形状大小有利于腐蚀表面的有效利用。化成技术主要是提高腐蚀表面的有效利用率，提高氧化膜质量，特别是耐压系数（单位电压所需氧化膜的厚度），如果单位电压所需氧化膜厚度降低，就意味着电容量的上升。除非特殊需要（大波纹，长寿命，高温）一般不提高箔的耐压要求。 ②、高频化 为提高f0,这里主要讨论降低ESL应采取的措施。 电容器电感主要由引线条及芯子电感组成 1）、引线引条电感 对引线式电容器，选择粗短的引线有利于降电感，对于盖板式电容器引条电感与引条的长、宽、厚有关，也与引线根数有关。 一条引条的电感 b、a、t分别为引线条长、宽、厚。 多根引条的电感 n为引条根数，K1引条间的电感系数 引条长，电感大，引条短，电感小。引线根数多电感降低 2）、芯子电感 它正比于l/w ，l、w 是箔的长、宽。在l/w=23时，芯子电感有最小值。因此一般采用细长的芯子比采用粗短的芯子有较低的电感。 也可采用另一种理论解释。 理想 实际 电感最小，但短路危险大 应尽量缩短两极距离a两极间产生的电感 在错开半匝的情况下电感的计算公式： ：为引线所在半圆周长； b：为箔宽度 d：为箔厚度 a：为两引线间距 L,a，d小，电感小，b大即芯子长，电感小。 可采用多引线式降低电感， 相当于将引线距离缩小一般半周长也缩小一半。 其他有叠片式，圆筒型伸出箔绕法 图片 产生电感的面积减小 ③、降低Z或ESR ESR的主要来源有引线电阻，刺箔接触电阻，及电解液电阻和电解纸电阻。 1）、引线 高频低阻抗对引线无特别要求（从电阻角度） 但从电解电容器的性能及寿命而言会希望引线表面光亮平滑、无划痕沟槽、凹凸，直径园与胶塞的配合良好。为漏电流好应采用予化成引线等。 2）、引线条 应尽可能采用高品级引线条，粗短或多对结构，有利于防CL-腐蚀，降电感，降自身电阻及箔电阻。 3）、刺箔接触电阻 应采用激光焊或超声焊，使引线和箔真正熔