无源器材 电容并不总是容性的!

  在抱负元件理论中,电容体现为容性。但是,这仅在特定的作业条件下建立,且取决于频率规模。本文要点介绍不同电容的阻抗特性,并阐明电容何时会体现为容性,何时不体现为容性。

  通常用阻抗和频率来表明电容的频率特性。经过研讨这些频谱,可获得很多电化学、物理和技能相关信息 [2]。因为在某些情况下,产品规格书没办法供给一切数据,工程师们不得不依托测得的频谱为电路设计挑选正真合适的元件。为了尽可能完善数据库,伍尔特电子 (Würth Elektronik eiSos, WE) 选用在线东西 REDEXPERT [1] 为用户更好的供给频谱和其他丈量数据。

  经过图 1 所示的电路,简直能对一切类型电容阻抗与频率的改动联系进行建模,包括多层陶瓷电容 (MLCC) 和超级电容 (SC)。

  图1 电容的规范等效电路,包括电容 CS、等效串联电阻 RESR、等效串联电感 LESL 和漏电阻 RLeak

  公式中的 CS 代表纯电容,它并不实践存在于任何电气元件中。任何实践存在的电容都有损耗,因此会下降充电速度。这种现象能够用纯等效串联电阻 RESR 来描绘,一起负载和导线的电阻也会影响等效串联电阻。金属导体中的任何交变电流都会感应出一个与电流方向相反的磁场,这种特性能够用等效串联电感LESL描绘。

  CS、RESR 和 LESL 是描绘一切频谱所需的要害参数。在最简条件下它们被假定为常数,不随频率改动。漏电流可由纯电阻 RLeak 近似表述。通常情况下,RLeak 比 RESR 大几个数量级,可忽略不计[2]。

  经过改动 CS、RESR、LESL 和 RLeak,能够核算出一切电容的根本频率响应。图 2 和图 3别离显现了电容值为 4.7 µF 和 50 F 时的阻抗和电容频率特性。

  图3 依据模型核算得出的电容频谱 Re(C ̂)。WCAP-STSC 曲线(红)对应于左边纵坐标,WCAP-FTBE 曲线(蓝)对应于右侧纵坐标

  图 2中的黑蓝虚线表明纯电容和寄生电感部分。RC 元件的特征频率 fRC 为电容的充放电频率。

  当频率为 fRC 时,超级电容的频率特性曲线)呈肩状突起。低于该频率时,可从图表中得出容值。高于 fRC 时,下图 3中所示的阻抗谱在 RESR 时趋于平稳。

  fLC 为 LC 元件的特征频率,即寄生电感和电容耦合发生共振的频率(fRC fLC ),如上图2所示。低于该频率时,电容器体现为容性,即它能够贮存电荷;高于该频率时,电容体现为理性。如上图 2所示,自谐振导致阻抗谱 (WCAP-FTBE) 呈现极小值。阻抗谱的最小值即 RESR 值。在具体使用中,电容不应在 fLC 及以上频率下作业。物理进程详见[2]。

  fLeak 是 RLeakC 元件的特征频率。低于该频率时,电容体现为阻值为 RLeak 的电阻。

  fRL 为 RESRL 元件的特征频率,高于该频率时,电容体现为电感值为 LESL 的电感(图 3,下),导致高频时阻抗升高。

  这两个比如论述了一个相对简略的模型,用于阐明高容值和低容值电容的体现[2]。其间,特征频率是重要的剖析东西,可当作解读电容实测频率特性的原则。有关不同电容的丈量频谱的具体阐明,请拜见 Application Note ANP109[2]。