铝电解电容的阻抗和特性分析

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1、第3期电子元件与材料Vol.21No.32002年3月ELECTRONICCOMPONENTS&MATERIALSMar.2002研究与试制R&D铝电解电容器的阻抗特性分析杨邦朝陈金菊冯哲圣卢云电子科技大学微电子与固体电子学院四川成都610054摘要:阻抗特性是电子元件在电子线路应用中一个重要的参数当电容器处于交流电路中时电容器会成为一个有阻力的元件它的阻抗特性即是描述这种阻力现象的参数一般电容器用于滤波或平滑作用时电容器会流过一纹波电流此纹波电流会导致电容器内部温度升高而直接影响到电容器的使用寿命关键词:

2、阻抗纹波电流等效串联电阻中图分类号:TM535文献标识码:A文章编号:1001-2028200203-0013-03AnalysisofImpedanceCharacteristicofAluminumElectrolyticCapacitorsYANGBang-chao,CHENJin-ju,FENGZhe-sheng,LUYun(InstituteofMicro-electronicsandSolidElectronics,UniversityofScienceandTechnology,Chengdu

3、Sichuan610054)Abstract:Impedancecharacteristicisanimportantparameterofelectroniccomponentsusinginelectroniccircuitry.WhenacapacitorusedinACcircuit,itwillbeacomponentwithresistance.Itsimpedancecharacteristicdescribesthisphenomenon.Ripplecurrentwillpassthrou

4、ghit.Whenthecapacitorusedforfilteringandsmoothing,ripplecurrentwillresultintheenhancementoftemperatureinsidethecapacitors,andreducethecapacitors’life.Keywords:impedance;ripplecurrent;equivalentseriesresistance铝电解电容器的基本结构如图1所示图中两个式中C为电容量S为电极的总有效面积d电极分别为经过电化

5、学腐蚀处理以扩大其表面积的铝为介质氧化膜的厚度0为真空介电常数0=8.86×金属箔而作为电容器的介质层则是在电蚀铝箔表面1012F/m为相对介电常数AlO为710rr23经阳极氧化处理而形成的阳极氧化膜本文主要针对铝电解电容器的结构特点讨论其工作时的阻抗特性1铝电解电容器的阻抗1.1阻抗的定义当电容器在直流电路中工作时相当于对电容器施加端电压此时可看作类开路现象若工作在一定频率的交流电路中时电容器会呈现出具有一定阻力的元件而描述此阻阻抗Z=R+jX碍电流流动的能力阻力即称为电容器的图1铝电解电容器结构示意图

6、X电抗阻抗impedanceFig.1Structureofaluminumelectrolyticcapacitor一般此阻抗是一复数一般地铝电解电容器的电容量capacitance量并以向量表示R电阻由下式来描述它包括实数部分电e0erS图2电容器阻抗的复数向量表示阻R及虚数部分电C=dFig.2Vectorshowofimpedanceofcapacitor抗X如图2所示收稿日期2001-12-19修回日期2002-01-0814电子元件与材料2002年阻抗Z=R+jX其中电抗X的定义若是电感知在频率

7、低于共振点时主要为电容效应阻抗Z元件XL为2fL若是电容元件XC则为1/2可简化为Z=Res+1/jXC=Res+1/j2fC,所以当频率愈高fC其中f为频率L及C分别为元件的电感值和时阻抗值就愈小在频率高于共振点时电感效应变电容值大阻抗Z可简化为Z=Res+jXL=Res+j2fL,故当频介质损耗因子D=tg×100%=(R/X)×100%率愈高时阻抗值愈大对于电容元件D=tg×100%1.4铝电解电容器的纹波电流与温升=[R/1/2fC]×100%1.4.1纹波电流ripplecurrent与电容器寿命

8、的关系=(2fRC)×100%当电容器作为滤波或平滑smoothing应用时1会流经一纹波电流此纹波电流的存在将导致电容器对于电感元件Q==tg×100%D内部温度升高而直接影响电容器的寿命因为当纹=(2fL/R)×100%波电流引起的温升增加时将可能会使工作电解液蒸发量增加从而造成电容器内电解液的不足将导致1.2铝电解电容器的等效电路电容器的电容量降低和损耗角正切值增大图5所铝电解电容器的等效电路如图3所示示当