電容器發(fā)熱特性與測量方法

1.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

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。

2.電容器的發(fā)熱特性

電容器自身的發(fā)熱特性測量應(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)行測量。

2-1.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(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)熱特性測量系統(tǒng)的概略和測量狀態(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。同時(shí)觀測試料表面溫度。

2-2.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。

圖.4

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?？纱_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。

3.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為本公司提供的設(shè)計(jì)支援工具----“SimSurfing”的畫面?？梢酝ㄟ^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。

圖.5