串联等效电阻与波纹电压干扰

发布时间:2022-04-15 阅读量:1394 来源: 我爱方案网整理 发布人: Aurora

ESR是等效“串联”电阻,将两个电容串联,会使ESR值增大,而并联则会使之减小。因此在需要更低ESR的场合,而低ESR的大容量电容价格又相对昂贵的情况下,用多个ESR相对高的铝电解电容并联,形成一个低ESR的大容量电容也是一种常用的办法。很多开关电源采取的电容并联的策略,以牺牲一定的PCB空间,换来器件成本的减少。

 

电容

 

ESR值与纹波电压的关系可以用公式V=R(ESR)×I表示。这个公式中的V就表示纹波电压,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,纹波电压也会成倍提高,因此采用更低ESR值的电容是势在必行的。此外,即使是相同的纹波电压,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CPU而言,0.2V纹波电压所占比例较小,不足以形成很大的影响,但是对于1.8V的CPU,同样是0.2V的纹波电压,其所占的比例就足以造成数字电路的判断失误。

 

不过一定等效串联电阻的存在也有好的方面。比如在稳压电路中,有一定ESR的电容,在负载发生瞬变的时候,会立即产生波动而引发反馈电路动作,这个快速的响应,以牺牲一定的瞬态性能为代价,获取了后续的快速调整能力,尤其是功率管的响应速度比较慢,而且在电容器的体积、容量受到严格限制的情况。这种情况多见于一些使用MOS管做调整管的三端稳压器或相似的电路中,采用太低的ESR电容器反而会降低整体的性能。

 

固钽因“不断击穿”又“不断自愈”问题产生失效。在正常使用一段时间后常发生固钽密封口的焊锡融化,或见到炸开,焊锡乱飞到线路板上。分析原因是其工作时“击穿”又“自愈”,在反复进行,导致漏电流增加。这种短时间(ns~ms)的局部短路,又通过“自愈”后恢复工作。理想的钽介质氧化膜是连续性的和一致性的。加上电压或高温下工作时,由于TA+离子疵点的存在,导致缺陷微区的漏电流增加,温度可达到500℃~1000℃ 以上。这样高的温度使MnO2还原成低价的Mn3O4。有人测试出Mn3O4的电阻率要比MnO2高4~5个数量级。与钽介质氧化膜相紧密接触的 Mn3O4就起到电隔离作用,防止钽介质氧化膜进一步破坏,这就是固钽的局部“自愈了”。但是,很可能在紧接着的再一次“击穿”的电压会比前一次的“击穿”电压要低一些。在每次击穿之后,其漏电流将有所增加,而且这种击穿电源可能产生达到安培级的电流。同时电容器本身的储存的能量也很大,导致电容器永久失效。

 

电容器

 

固体钽电解电容器的正极制造过程为:用非常细的钽金属粉压制成块,在高温及高真空条件下烧结成多孔形基体,然后再对烧结好的基体进行阳极氧化,在其表面生成一层TaO5 膜,构成以TaO5 膜为绝缘介质的钽粉烧结块正极基体。固体钮电解电容器负极的制造过程是:在钽正极基体上浸渍硝酸锰,经高温烧结而形成固体电解质MnO2再经过工艺处理形成负极石墨层,接着再在石墨层外喷涂铅锡合金等导电层,便构成了电容器的芯子。可以看出,固体钽电解电容器的正极是钽粉烧结块,绝缘介质为TaOs ,负极为MnO2 固体电解质。将电容器的芯子焊上引出线后再装入外壳内,然后用橡胶塞封装,便构成了固体钽电解电容器。有的电容器芯子采用环氧树脂包封的形式以构成固体钽电解电容器。


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