铝电解电容的ESR到底是多少呢?

汽车电子硬件设计 发表于 2020-09-11 15:42:33 收藏 已收藏
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铝电解电容的ESR到底是多少呢?

汽车电子硬件设计 发表于 2020-09-11 15:42:33
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来源:汽车电子硬件设计

上期文章告诉了一个教大家如何查找陶瓷电容的参数的方法,这一期我们就来聊一聊铝电解电容。

普通铝电解电容的ESR参数

厂家一般都有各种系列的电解电容,低ESR的,长寿命的,高温的。而标准品是性能最低的,或者是最便宜的,一般温度和寿命参数是85℃/105℃-1000h/2000h。我这里说的也是这种铝电解电容。

损耗角正切值是有功功率与无功功率之比,在频率低的时候,比如120Hz,感抗可以忽略,因此可得到损耗角公式:

普通铝电解电容在规格书中都是找不到ESR的值,但是有损耗角损耗角参数,我们可以推算下,不过这种推算只能是在120HZ的情况,因为在高频的情况下,ESL不能忽略,公式就不适用了。

不过,我找到一个尼吉康nichicon的一个通用电解电容的文件,电解电容的ESR随频率升高是降低的,变化率并不大,ESR从120Hz变到100Khz,ESR只下降了一半(如果看到了我前面陶瓷电容的文章,会发现陶瓷电容下降100-1000倍左右)如下图。

下面是几个品牌的最普通的铝电解电容参数,按照上述方法计算得120Hz的ESR值如下:

我们可以看到,如果我们限定容值和耐压,各个厂家的ESR相差不大。

另外,也可以发现,封装(尺寸大小)不同,对ESR的影响不会太大,但是会影响纹波电流的大小,这也比较容易想明白,尺寸大,能更抗热,纹波电流自然也越大。

下面大致列下不同容量,不同电压的铝电解电容的ESR的大小。

既然各家差不多,就以红宝石的为例吧,列了一个表格,方便查询,如下图。

需要说明的是这个ESR值是在120Hz情况下的,如果频率升高,按照尼吉康nichicon的文件,ESR是会有所下降,看曲线(文章前面有)大致是2倍左右(100Khz),但是我也找到Nippon提供的文件,ESR下降更多,达到7倍左右。

下图是Nippon的曲线

所以,我们可以知道普通电解电容的ESR在120Hz是多少,但是其在100Khz或者其它频率的ESR会更低,具体是多少呢,也不能确定。

Low ESR铝电解电容

实际上,铝电解电容厂家一般都会提供多个系列的型号,应用在不同的场合,上面的标准系列只是其中一种,比如下图是松下的铝电解电容系列,相当丰富,我们只要按需选择即可。

我们来看看Low ESR的电解电容的ESR到底有多低呢?

松下的的FT系列100uF-16V电解电容的ESR查询规格书0.36欧姆,而表标准系列是2.6欧姆,还是小不少的。

尼吉康的UCD系列100uf-16V电解电容的ESR查询规格书也是0.36欧姆,台湾Lelon对应的低ESR电容是0.44Ω。

如此看来,同规格各个厂家低ESR铝电解电容,ESR值相差不大,都为标准的七八分之一左右。

关于ESR先写到这里了,事实上,铝电解电容还有很多特性没说,比如电容容值与温度的关系,纹波电流与温度的关系,ESR与温度的关系等等,这些也是我们硬件工程师应该知道的。

另外,可能还有一些现实实际应用的问题,比如下面这个:

在DCDC升压电路中,比如输出48V,我想用电解电容滤波,因为电压太高,陶瓷电容容量做不了太大,价格非常昂贵,电解电容能不能用标准品的?毕竟Low ESR的电解电容会贵些。或者说用一个小一点陶瓷电容+标准品电解电容混合使用呢?这种问题该怎么分析呢?

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