硬件学习笔记（器件篇）—— 铝电解电容（二）_电容损耗角正切

---

铝电解电容的基本参数

容量、耐压、封装、损耗角、ESR、工作温度、使用寿命、漏电流、最大纹波电流等

1.容量和耐压

按照需求选用就好了

2.封装

封装分为贴片和直插，相比之下，插件的要便宜一点。但是插件在做PCBA时多了一道插件的工序。
（PCBA是英文Printed Circuit Board Assembly 的简称，也就是说PCB空板经过SMT上件，或经过DIP插件的整个制程，简称PCBA .这是国内常用的一种写法，而在欧美的标准写法是PCB’A，加了“'”，这被称之为官方习惯用语。）

3.损耗角：损耗角正切值

损耗角正切值 = 有功功率/无功功率

根据电容的模型，有功功率有电阻产生，无功功率有电感和电容产生。在低频率下，电感感抗很小，产生的无功功率可以忽略，因此损耗角正切值公式为wCR，C为电容量，R为电容等效串联电阻ESR，w为角频率。这样说明了损耗角正切值与频率是有关系的。因此一般厂家给出的规格书中，损耗角都是在120Hz条件下的。（120Hz频率较低，所以感抗很小，公式中也忽略了等效串联电感）

3.工作温度与使用寿命（简述，后面会单独讲）

我们通常会关注铝电解电容的最高温度上限，因为这是与铝电解电容的寿命直接相关的。铝电解电容的最高温度上限通常有几种：85℃，105℃，125℃。

85℃一般是标准系列或普通系列，其标称寿命一般是1000小时或2000小时（注意：这个1000小时是在85℃，以最大额定纹波电流工作的，不是放在那1000小时）

温度每升高十度，寿命下降一倍。例：1000h@85℃----->1.8年@45℃

4.漏电流

铝电解电容的漏电流是比较大的，和容量和电压都有关系。容量越大漏电流越大，电压越高，漏电流也越大。

具体漏电流的大小。我们以红宝石的100uF-16v电容为例。漏电流上限可达16uA。

I=0.01CV
I=0.01 * 100uF * 16V=16uA

铝电解电容的漏电流通常有一个特点：在刚上电时漏电流比较大，在一分钟或几分钟后变化趋于稳定。

5.最大纹波电流（是一个有效值rms）

铝电解电容通常会标注最大纹波电流这个参数，标注是因为铝电解电容的ESR值比较大，如果频繁充放电会导致内部发热严重，降低使用寿命。在开关电源中要特别注意这个，不要超规格使用。

（注：表格数据仅做示例（不同型号差异很大））

结合绿宝石的一个手册分析

1.使用温度范围

2.电容量允许偏差

电容量允许偏差为20%，括号中表明是在20℃，120Hz下测量的，这说明什么呢？说明电容量是与温度和频率都是有关系的。

3.漏电流

• 第二行中写明漏电流I<=0.03CV或0.4uA，这两个取最大值。
• 漏电流是施加工作电压1分钟后读数，这也是因为前面说的刚上电漏电流大，这里给的是稳定值

4.损耗正切值

• 可以看到损耗正切值也是在120Hz情况下测试的
• 可以看到，耐压值越高，损耗角要小一些，6.3V的损耗正切值是0.3左右，100V是0.08

5.低温特性

这个参数是电解电容在零下25℃或者零下40℃的阻抗与20℃阻抗的比值，可以看到这个比值通常都大于2，这个比值很大，有什么意义呢？说明铝电解电容的低温特性很差

看网上的一个问题：

从前面的电容的温度特性可以看到，低温下铝电解电容静电容量是下降的，但是并不会大幅下降，也就是10%左右，容抗变化不大。但是在低温下总阻抗增大了几倍，这说明ESR显著增大了，电源纹波自然增大了。

6.耐久性

耐久新就是电容寿命，这个系列是85℃，2000小时。这个的意思是在85℃下工作2000小时，电容容量相对初始值的变化不超过20%，损耗角不能达到特定值的200%，漏电流也不能大于特性值。简单来说，就是寿命到了并不是指电容完全失效了，而只是性能有所下降。但是设计中考虑寿命还是按2000h来。

7.尺寸与最大纹波电流

一般来说，尺寸与最大纹波电流成正比，尺寸越大，体积越大，能承受的热量也越多（注意：图中也是在120Hz条件下的参数）

那么会有一个问题，表中是120Hz，我如果用在100KHz的开关电源上，最大允许纹波怎么算呢？规格书中还会有一个纹波电流补正系数的参数。可以看到，如果是100uF的电容，100KHz条件下，纹波电流的补正系数是1.5，也就是说最大允许的纹波电流是120Hz下的1.5倍。

本文为学习课程“硬件工程师练成之路”的笔记