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      電容器指南

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      本技術專欄是為解說電容器的基礎而設。
      此次将對電容器的發熱特性進行說明。

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      随着電子設備的小型化・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熱雖對設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,使得自身發熱因素無法忽視。因此應在不影響電容器可靠性的範圍内抑制電容器的溫度上升。
      理想的電容器是隻有容量成分,但實際的電容器包括電極的電阻因素、電介質的損失、電極電感因素,具體可用圖1中的等價電路表示。

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      <圖.1>

      交流電流通過此類電容器時,會因電容器的電阻成分(ESR),産生式.1-1中所示的功率消耗Pe,則電容器發熱。

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      電容器自身的發熱特性測量應在将電容器溫度極力抑制為對流、輻射産生的表面放熱或治具傳熱産生的放熱狀态下進行。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。小容量的溫度補償型電容器應具備100MHz以上高頻中的發熱特性,因此須在反射較少的狀态下進行測量。

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      高電容率類電容器(DC~1MHz區域)發熱特性測量系統的概略如圖.2所示。
      用雙極電源将信号發生器的信号增幅,加在電容器上。用電流探頭(通用探頭)觀察此時的電流,使用電壓探頭觀察電容器的電壓。同時用紅外線溫度計測量電容器表面的溫度,明确電流、電壓及表面溫度上升的關系。

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      <圖.2>

      溫度補償型電容器(10MHz~4GHz帶寬)發熱特性測量系統的概略和測量狀态如圖.3所示。

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      <圖.3>

      組成系統的設備及電纜類均統一為50Ω,将測量試料裝在形成微帶線的基闆上,兩端裝有SMA連接器。用高頻波放大器(Amplifier)增幅信号發生器(Signal GENERATOR)的信号,用定向耦合器(Coupler)觀察反射同時即施加在試料(DUT)上。用衰減器(Attenuator)使通過試料輸出的信号衰減,用電力計(Power Meter)觀測。同時觀測試料表面溫度。

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      作為高介電常數的片狀多層陶瓷電容器系列發熱特性的測量數據,3216型10uF的B特性6.3V的發熱特性數據、阻抗和ESR的頻率特性如圖.4所示。

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      <圖.4>

      表示100kHz、500kHz、1MHz中交流電流與溫度上升的關系和阻抗(Z)及ESR®與頻率的關系。可确認發熱特性按100kHz>500kHz>1MHz的順序逐漸變小。此外,ESR在100kHz時為10mΩ,在500kHz時為6mΩ,在1MHz時為5mΩ,可确認ESR與發熱特性的密切關系。

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      發熱特性數據可通過本公司的Web網站确認。

      圖.5為本公司提供的設計支援工具----"SimSurfing"的畫面。可以通過選取型号和希望确認的項目,顯示特性。還可以下載SPICE網絡清單或S2P數據作為模拟用數據。請務必靈活運用到各種電子電路設計中去。

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      <圖.5>

      SimSurfing請登陸:

      http://ds2.murata.co.jp/simsurfing/index.html?lcid=zh-cn

       

      負責人:株式會社村田制作所 組件事業總部 S.K

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