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電容器的發(fā)熱特性與測量方法

發(fā)布時間:2014-05-29 責任編輯:willwoyo

【導讀】本文分析了引起電容器發(fā)熱的主要因素,并進一步在電容器發(fā)熱的基礎上,對電容器的發(fā)熱特性進行深度的測量和分析,并提供了用SimSurfing軟件獲取數(shù)據(jù)的方法與示例。

關于電容器的發(fā)熱

隨著電子設備的小型化?輕量化,部件的安裝密度高,放熱性低,裝置溫度易升高。尤其是功率輸出電路元件的發(fā)熱雖對設備溫度 的上升有重要影響,但電容器通過大電流的用途(開關電源平滑用、高頻波功率放大器的輸出連接器用等)中起因于電容器損失成分的功率消耗變大,使得自身發(fā)熱 因素無法忽視。因此應在不影響電容器可靠性的范圍內抑制電容器的溫度上升。
理想的電容器是只有容量成分,但實際的電容器包括電極的電阻因素、電介質的損失、電極電感因素,具體可用圖1中的等價電路表示。
等價電路
圖1 等價電路

交流電流通過此類電容器時,會因電容器的電阻成分(ESR),產生式.1-1中所示的功率消耗Pe,則電容器發(fā)熱。
電容器的發(fā)熱特性

電容器自身的發(fā)熱特性測量應在將電容器溫度極力抑制為對流、輻射產生的表面放熱或治具傳熱產生的放熱狀態(tài)下進行。此外,在 電容率的電壓依賴性為非線形的高電容率類電容器中,需同時觀察加在電容器上的交流電流與交流電壓。小容量的溫度補償型電容器應具備100MHz以上高頻中 的發(fā)熱特性,因此須在反射較少的狀態(tài)下進行測量。

1.電容器的發(fā)熱特性測量系統(tǒng)
高電容率類電容器(DC~1MHz區(qū)域)發(fā)熱特性測量系統(tǒng)的概略如圖.2所示。
用雙極電源將信號發(fā)生器的信號增幅,加在電容器上。用電流探頭(通用探頭)觀察此時的電流,使用電壓探頭觀察電容器的電壓。同時用紅外線溫度計測量電容器表面的溫度,明確電流、電壓及表面溫度上升的關系。
高電容率類電容器(DC~1MHz區(qū)域)發(fā)熱特性測量系統(tǒng)
<圖.2>

溫度補償型電容器(10MHz~4GHz帶寬)發(fā)熱特性測量系統(tǒng)的概略和測量狀態(tài)如圖.3所示。
 溫度補償型電容器(10MHz~4GHz帶寬)發(fā)熱特性測量系統(tǒng)的概略和測量狀態(tài)
<圖.3>

組成系統(tǒng)的設備及電纜類均統(tǒng)一為50Ω,將測量試料裝在形成微帶線的基板上,兩端裝有SMA連接器。用高頻波放大器(Amplifier)增幅信號發(fā)生器 (Signal GENERATOR)的信號,用定向耦合器(Coupler)觀察反射同時即施加在試料(DUT)上。用衰減器(Attenuator)使通過試料輸出的 信號衰減,用電力計(Power Meter)觀測。同時觀測試料表面溫度。

2.電容器的發(fā)熱特性數(shù)據(jù)
作為高介電常數(shù)的片狀多層陶瓷電容器系列發(fā)熱特性的測量數(shù)據(jù),3216型10uF的B特性6.3V的發(fā)熱特性數(shù)據(jù)、阻抗和ESR的頻率特性如圖.4所示。
阻抗和ESR的頻率特性

表示100kHz、500kHz、1MHz中交流電流與溫度上升的關系和阻抗(Z)及ESR®與頻率的關系??纱_認發(fā)熱特性按 100kHz>500kHz>1MHz的順序逐漸變小。此外,ESR在100kHz時為10mΩ,在500kHz時為6mΩ,在1MHz時為 5mΩ,可確認ESR與發(fā)熱特性的密切關系。[page]

發(fā)熱特性數(shù)據(jù)的獲取方法

發(fā)熱特性數(shù)據(jù)可通過本公司的Web網站確認。
圖.5提供的設計支援工具----"SimSurfing"的畫面??梢酝ㄟ^選取型號和希望確認的項目,顯示特性。還可以下載SPICE網絡清單或S2P數(shù)據(jù)作為模擬用數(shù)據(jù)。請務必靈活運用到各種電子電路設計中去。
SimSurfing

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