【導(dǎo)讀】本文分析了引起電容器發(fā)熱的主要因素，并進(jìn)一步在電容器發(fā)熱的基礎(chǔ)上，對(duì)電容器的發(fā)熱特性進(jìn)行深度的測(cè)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(guān)于電容器的發(fā)熱
隨著電子設(shè)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(duì)設(shè)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(guān)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?zé)o法忽視。因此應(yīng)在不影響電容器可靠性的范圍內(nèi)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(shí)際的電容器包括電極的電阻因素、電介質(zhì)的損失、電極電感因素，具體可用圖1中的等價(jià)電路表示。
圖1 等價(jià)電路
交流電流通過此類電容器時(shí)，會(huì)因電容器的電阻成分(ESR)，產(chǎn)生式.1-1中所示的功率消耗Pe，則電容器發(fā)熱。
電容器自身的發(fā)熱特性測(cè)量應(yīng)在將電容器溫度極力抑制為對(duì)流、輻射產(chǎn)生的表面放熱或治具傳熱產(chǎn)生的放熱狀態(tài)下進(jìn)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(shí)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(bǔ)償型電容器應(yīng)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(jìn)行測(cè)量。
1.電容器的發(fā)熱特性測(cè)量系統(tǒng)
高電容率類電容器(DC～1MHz區(qū)域)發(fā)熱特性測(cè)量系統(tǒng)的概略如圖.2所示。
用雙極電源將信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)增幅，加在電容器上。用電流探頭(通用探頭)觀察此時(shí)的電流，使用電壓探頭觀察電容器的電壓。同時(shí)用紅外線溫度計(jì)測(cè)量電容器表面的溫度，明確電流、電壓及表面溫度上升的關(guān)系。
<圖.2>
溫度補(bǔ)償型電容器(10MHz～4GHz帶寬)發(fā)熱特性測(cè)量系統(tǒng)的概略和測(cè)量狀態(tài)如圖.3所示。
<圖.3>
組成系統(tǒng)的設(shè)備及電纜類均統(tǒng)一為50Ω，將測(cè)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(hào)發(fā)生器 (Signal GENERATOR)的信號(hào)，用定向耦合器(Coupler)觀察反射同時(shí)即施加在試料(DUT)上。用衰減器(Attenuator)使通過試料輸出的 信號(hào)衰減，用電力計(jì)(Power Meter)觀測(cè)。同時(shí)觀測(cè)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(cè)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。
表示100kHz、500kHz、1MHz中交流電流與溫度上升的關(guān)系和阻抗(Z)及ESR®與頻率的關(guān)系。可確認(rèn)發(fā)熱特性按 100kHz>500kHz>1MHz的順序逐漸變小。此外，ESR在100kHz時(shí)為10mΩ，在500kHz時(shí)為6mΩ，在1MHz時(shí)為 5mΩ，可確認(rèn)ESR與發(fā)熱特性的密切關(guān)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(wǎng)站確認(rèn)。
圖.5提供的設(shè)計(jì)支援工具----"SimSurfing"的畫面。可以通過選取型號(hào)和希望確認(rèn)的項(xiàng)目，顯示特性。還可以下載SPICE網(wǎng)絡(luò)清單或S2P數(shù)據(jù)作為模擬用數(shù)據(jù)。請(qǐng)務(wù)必靈活運(yùn)用到各種電子電路設(shè)計(jì)中去。
