寄生電容器知識詳解

電源紋波和瞬態(tài)規(guī)格會決定所需電容器的大小，同時也會限制電容器的寄生組成設(shè)置。圖1顯示一個電容器的基本寄生組成，其由等效串聯(lián)電阻（ESR）和等效串聯(lián)電感（ESL）組成，并且以曲線圖呈現(xiàn)出三種電容器（陶瓷電容器、鋁質(zhì)電解電容器和鋁聚合物電容器）的阻抗與頻率之間的關(guān)系。表1顯示了用于生成這些曲線的各個值。這些值為低壓（1V~2.5V）、中等強(qiáng)度電流（5A）同步降1壓電源的典型值。電容器可用于模擬電路作為積分器的組件，或者更復(fù)雜的濾波器和負(fù)反饋環(huán)路穩(wěn)定。

1.電容器變薄但靜電容量卻反而增加的理由

根據(jù)數(shù)學(xué)表達(dá)式C=ε×S/d，增大電容器靜電容量的方法有如下3種：

　①增大ε（介電常數(shù)）

?、谠龃?S （電極面積）

　③減小d （電介質(zhì)厚度）

關(guān)于此處的①②，很容易形象直觀地進(jìn)行想象，但是關(guān)于③卻相反，總覺得厚的電介質(zhì)能夠積聚很多的電荷，但事實(shí)并非如此。這是因?yàn)殡姾墒欠e聚在兩個電極上的， 而不是積聚在電介質(zhì)中。首先，我將在使大家了解上述要點(diǎn)的基礎(chǔ)上對如何推導(dǎo)出計算公式進(jìn)行說明。以下，我將羅列枯燥無味的數(shù)學(xué)公式，敬請諒解。正極為粘有氧化膜的金屬基板，負(fù)極通過金屬極板與電解質(zhì)（固體和非固體）相連接。

　　為了能從顯示屏上看到電容器的充電過程，對不同容量的電容器應(yīng)選擇不同的電阻檔位。選擇電阻檔的原則是：電容器較大時，應(yīng)選用低阻檔；③如果電容器同架空線聯(lián)接時，可用合適的避雷器來進(jìn)行大氣過電壓保護(hù)。電容器容量較小時，應(yīng)選用高阻檔。如果用低阻檔檢查小容量電容器，由于充電時間很短，會一直顯示溢出，看不到變化過程，從而很容易誤判為電容器已開路。如果用高阻檔檢查大容量電容器，由于充電過程很緩慢，測量時間需要較和長。對于0.1~1000uF以上的電容器可按下表選擇電阻檔（表中的充電時間指顯示檔從000變化到溢出所需的時間）。

　　測量電容器時對電阻檔的選擇，電阻檔（Ω）被測電容器范圍（uF）充電時間（S20M0.1~12~122M1~102~18200K10~1003~2020K100~10003~132K＞1000＞3電容器擊穿或開路后，不能修理，只能更換同型號的新電容器。為便于修理時選用，下表列出電容器的容量與壓縮機(jī)電動機(jī)輸出功率的選配，供參考。電容器容量與壓縮機(jī)電動機(jī)輸出功率的選配壓縮機(jī)電動機(jī)輸出功率0.2、0.4、0.75、1.0、1.5、2.0、2.2、3.0、3.7、4.0、5.0; 電容器容量（uF）15、20、30、30、40、50、50、50、75、75、100。電容器的紋波電流額定值紋波電流的額定值在定義上很復(fù)雜，而且不同廠家都有不同的考慮。

高頻低阻抗化

對于中小輸出功率開關(guān)電源的工作頻率除少數(shù)因價格限制而仍采用20~40kHz外，大多數(shù)均在50kHz以上；DC/DC電源模塊大多在300kHz以上；(13)在運(yùn)行或運(yùn)輸過程中如發(fā)現(xiàn)電容器外殼漏油，可以用錫鉛焊料釬焊的方法修理。大功率開關(guān)電源的開關(guān)頻率受主開關(guān)（一般采用IGBT）的開關(guān)速度限制而一般在20~40kHz。

盡管開關(guān)頻率有所不同，但是開關(guān)電源的輸出整流濾波電容器的作用基本相同，主要是通過利用濾波電容器吸收開關(guān)頻率及其高次諧波頻率的電流分量而濾除其紋波電壓分量。

在開關(guān)電源輸出端用的濾波電容，與工頻電路中選用的濾波電容并不一樣，在工頻電路中用作濾波的普通電解電容器，其上的脈動電壓頻率僅有100Hz，充放電時間是毫秒數(shù)量級，為獲得較小的脈動系數(shù)，需要的電容量高達(dá)數(shù)十萬微法，因而一般低頻用普通鋁電解電容器制造目標(biāo)是以提高電容量為主，電容器的電容量、損耗角正切值以及漏電流是鑒別其優(yōu)劣的主要參數(shù)。降低紋波電流的方法可以采用較大容量的鋁電解電容器，畢竟大容量鋁電解電容器可承受的紋波電流比小容量的鋁電解電容器大。

在開關(guān)穩(wěn)壓電源中作為輸出濾波用的電解電容器，由于大多數(shù)的開關(guān)電源工作在方波或矩形波的狀態(tài)，含有及其豐富的高次諧波電壓與電流，其上鋸齒波電壓的頻率高達(dá)數(shù)十千赫，甚至數(shù)十兆赫，它的要求和低頻應(yīng)用時不同，電容量并不是主要指標(biāo)，衡量它好壞的則是它的阻抗頻率特性，如圖3所示。幸運(yùn)的是，熱阻這個因素可以通過電路上的精心設(shè)計而降低，這樣電容器的紋波電流承受能力就會相應(yīng)提高。