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电容特性

已有 738 次阅读2018-4-21 14:23 |个人分类:电容| 电容波

在评估纹波时,通常围绕纹波电压纹波电流这两个组成部分来进行。在大多数应用中,纹波是工程师要最大限度抑制的一种电路状态。例如,在将交流电源转换成稳定直流输出的AC-DC转换器中,要竭力避免AC电源会以一种小幅、根据频率的变化信号叠加在DC输出之上的一种现象。然而,在其它情况下,波纹可以是种必要的设计功能,例如,时钟信号或数字信号就可利用电压电平的变化来切换器件的状态。

在后一种情况,对波纹的考量可以说相当简单:不要让峰值电压超过电容的额定电压。然而,重要的是要牢记:峰值电压是最高纹波电压与电路中直流偏置电压之和。另外,对采用钽、铝和铌氧化物技术的电解电容来说,还有另一个需特别注意的地方:不要让纹波电压的最小值掉到零电位以下,因为这将导致电容工作在反向偏压条件。这一要求也适用于低频应用的II类陶瓷电容。

电容起着电荷库的作用,当电压增加时,它们被充电;电压降低时,它们向负载放电;它们实质上起着平滑信号的作用。电容将经历变化的电压,并根据施加的电源,还可能有变化的电流,以及连续和间歇性的脉动功率。无论输入形式为何,电容电场经历的变化将导致介电材料中偶极子的振荡,从而产生热量。这一被称为自发热的反应行为,是介电性能成为重要指标的主要原因之一,因为任何寄生电阻(ESR)或电感(ESL)都将增加能耗。

具有低损耗(即低ESR/DF和低ESL)的电介质将比高ESR和DF的电介质发热少;但这些参数也随频率变化,因为不同介电材料在不同频率范围可分别提供最佳性能(即,发热最少)。

电容电介质很薄,就电容的总质量来说,它可能仅占一小部分,所以在评估波纹时,也需考虑其结构中所用的其它材料。例如,无极性电容(如陶瓷或薄膜电容)中的电容板是金属的;而极性电容(如钽或铝),具有一个金属阳极(而在铌氧化物技术中,阳极是导电氧化物)和一个半导体阴极(如二氧化锰或导电聚合物)。在外部连接或引脚上,还有各种导电触点,包括金属(如:铜、镍、银钯和锡等)和导电环氧树脂,当AC信号或电流通过这些材料时,它们都会有一定程度的发热。

要了解这些因素如何发挥作用,我们以使用固体钽电容在直流电源输出级平滑残留AC纹波电流为例。首先,由于这是一种极性技术,所以需要一个正电压偏置,以防止AC分量引起反向偏压情况的发生。该偏置电压通常是电源的额定输出电压。


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