电容器指南

电容器的发热特性与测量方法

本技术专栏是为解说电容器的基础而设。
此次将对电容器的发热特性进行说明。

1.关于电容器的发热

随着电子设备的小型化・轻量化,部件的安装密度高,放热性低,装置温度易升高。尤其是功率输出电路元件的发热虽对设备温度的上升有重要影响,但电容器通过大电流的用途(开关电源平滑用、高频波功率放大器的输出连接器用等)中起因于电容器损失成分的功率消耗变大,使得自身发热因素无法忽视。因此应在不影响电容器可靠性的范围内抑制电容器的温度上升。
理想的电容器是只有容量成分,但实际的电容器包括电极的电阻因素、电介质的损失、电极电感因素,具体可用图1中的等价电路表示。

<图.1>

交流电流通过此类电容器时,会因电容器的电阻成分(ESR),产生式.1-1中所示的功率消耗Pe,则电容器发热。

2.电容器的发热特性

电容器自身的发热特性测量应在将电容器温度极力抑制为对流、辐射产生的表面放热或治具传热产生的放热状态下进行。此外,在电容率的电压依赖性为非线形的高电容率类电容器中,需同时观察加在电容器上的交流电流与交流电压。小容量的温度补偿型电容器应具备100MHz以上高频中的发热特性,因此须在反射较少的状态下进行测量。

2-1.电容器的发热特性测量系统

高电容率类电容器(DC~1MHz区域)发热特性测量系统的概略如图.2所示。
用双极電源将信号发生器的信号增幅,加在电容器上。用电流探头(通用探头)观察此时的电流,使用电压探头观察电容器的电压。同时用红外线温度计测量电容器表面的温度,明确电流、电压及表面温度上升的关系。

<图.2>

温度补偿型电容器(10MHz~4GHz带宽)发热特性测量系统的概略和测量状态如图.3所示。

<图.3>

组成系统的设备及电缆类均统一为50Ω,将测量试料装在形成微带线的基板上,两端装有SMA连接器。用高频波放大器(Amplifier)增幅信号发生器(Signal GENERATOR)的信号,用定向耦合器(Coupler)观察反射同时即施加在试料(DUT)上。用衰减器(Attenuator)使通过试料输出的信号衰减,用电力计(Power Meter)观测。同时观测试料表面温度。

2-2.电容器的发热特性数据

作为高介电常数的片状多层陶瓷电容器系列发热特性的测量数据,3216型10uF的B特性6.3V的发热特性数据、阻抗和ESR的频率特性如图.4所示。

<图.4>

表示100kHz、500kHz、1MHz中交流电流与温度上升的关系和阻抗(Z)及ESR®与频率的关系。可确认发热特性按100kHz>500kHz>1MHz的顺序逐渐变小。此外,ESR在100kHz时为10mΩ,在500kHz时为6mΩ,在1MHz时为5mΩ,可确认ESR与发热特性的密切关系。

3.发热特性数据的获取方法

发热特性数据可通过本公司的Web网站确认。

图.5为本公司提供的设计支援工具----"SimSurfing"的画面。可以通过选取型号和希望确认的项目,显示特性。还可以下载SPICE网络清单或S2P数据作为模拟用数据。请务必灵活运用到各种电子电路设计中去。

<图.5>

SimSurfing请登陆:

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

 

负责人:株式会社村田制作所 组件事业总部 S.K

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