一:温度对电容器寿命的影响。
一 般情况下,电容的寿命随温度的升高而缩短,最明显的是电解电容器。一个极限工作温度为85℃的电解电容器,在温度为20℃的条件下工作时,一般情况可以保证181019小时的正常工作时间;而在极限温度85℃的条件下工作时,一般情况仅仅可以保证2000小时的正常工作时间。由此可见,温度对电容器的寿命有非常大的影响。
二:温度与电容的损耗成正比。
任何电容器都有一个损耗角正切值,也就是损耗值。一般情况下,正切值会随温度的升高而加大,以CC10型高频瓷介电容举个例子,在20℃左右的情况下,正切值为0.0012,在85℃温度时,正切值为0.0018,可以看出温度对电容器的损耗影响还是挺大的。
作为开关电源的输出整流滤波电容器,卧式电解电容往往是首要的选择,铝电解电容器的电容量wq可以满足要求,而ESR则相对比较高。可以通过多只并联的方法降低ESR。也可以选择更大的电容量来降低ESR
ESR是高频电解电容里面最重要的性能参数,很多电容供应商都强调“LOW ESR”这一性能特征,也就是ESR值很小的意思。那么,我们如何正确理解LOW ESR的实际意义呢?由于现在电子技术的发展,供应给硬件的电压正呈现越来越低的趋势,例如FPGA、DSP、RAM系列的供电电压都是很低,有的电路电 压小于2V,相比以前动辄3、4V的电压要低得多。但是,另一方面这些芯片由于晶体管和频率爆增,需求的功耗却是有增无减,因此按P=UI的公式来计算, 这些设备对电流的要求就越来越高了。
比如在电脑主板上,例如两颗功耗同样是70W的CPU,前者电压是3.3V,后者电压是 1.8V。那么,前者的电流就是I=P/U=70W/3.3V大约在21.2A左右。而后者的电流就是I=P/U=70W/1.8V=38.9A,达到了 前者的近一倍。在通过电容的电流越来越高的情况下,假如电容的ESR值不能保持在一个较小的范围,那么就会产生比以往更高的涟波电压(理想的输出直流电压 应该是一条水平线,而涟波电压则是水平线上的波峰和波谷)。
此外,即使是相同的涟波电压,对低电压电路的影响也要比在高电压情况下更 大。例如对于3.3V的MCU而言,0.2V涟波电压所占比例较小,还不足以形成致命的影响,但是对用于1.8V供电的FPGA、DSP而言,同样是 0.2V的涟波电压,其所占的比例就足以造成数字电路的判断失误。
那么ESR值与涟波电压的关系何在呢?我们可以用以下公式表示:
V=R(ESR)×I
这个公式中的V就表示涟波电压,而R表示电容的ESR,I表示电流。可以看到,当电流增大的时候,即使在ESR保持不变的情况下,涟波电压也会成倍提高,采用更低ESR值的电容是势在必行。这就是为什么如今的板卡等硬件设备上所用的电容,越来越强调低ESR的原因。
电解电容降压工作原理是利用电容在一定的交流信号频率下产生的容抗来限制zui大工作电流。
在50Hz的工频条件下,一个1uF的电容所产生的容抗约为3180欧姆。当220V的交流电压加在电容器的两端,则流过电容的zui大电流约为70mA。虽然流过电容的电流有70mA,但在电容器上并不产生功耗,应为如果电容是一个理想电容,则流过电容的电流为虚部电流,它所作的功为无功功率。
根据这个特点,我们如果在一个1uF的电容器上再串联一个阻性元件,则阻性元件两端所得到的电压和它所产生的功耗wq取决于这个阻性元件的特性。例如,我们将一个110V/8W的灯泡与一个1uF的电容串联,在接到220V/50Hz的交流电压上,灯泡被点亮,发出正常的亮度而不会被烧毁。因为110V/8W的灯泡所需的电流为8W/110V=72mA,它与1uF电容所产生的限流特性相吻合。
同理,我们也可以将5W/65V的灯泡与1uF电容串联接到220V/50Hz的交流电上,灯泡同样会被点亮,而不会被烧毁。因为5W/65V的灯泡的工作电流也约为70mA。因此,电容降压实际上是利用容抗限流。而电容器实际上起到一个限制电流和动态分配电容器和负载两端电压的角色。