电解电容的等效电路及其结构特点

电解电容器是开关电源一次回路和二次回路滤波电路中重要的器件之一。一般来说，电解电容器的等效电路可以看作是具有寄生电感和等效串联电阻的理想电容器系列。用这种方法生产的铝电解电容器，由于要吸收比以往更大的脉动电流，不得不选择大尺寸的电容器。为了解决这些问题，有必要研制一种体积小、抗高压、允许流过大量高频脉冲电流的新型电解电容器。此外，这种电解电容器在高温环境下工作，其工作寿命必须相对较长。 电解电容器是开关电源一次回路和二次回路滤波电路中重要的器件之一。一般来说，电解电容器的等效电路可以看作是具有寄生电感和等效串联电阻的理想电容器系列。 众所周知，开关电源是信息家电的主要电源，它对小型便携式电子设备做出了不可磨灭的贡献。随着开关电源的不断小型化、轻量化和高效率，开关电源在电子设备中的应用越来越多，普及率也越来越高，因此对电解电容器的要求是小容量、大容量、抗蠕变电流、高频低阻抗、高温度、高寿命，更适合高密度组装。 由于大多数电解电容器采用绕组结构，体积很容易膨胀，单位体积电容是其他电容器的几倍到几十倍。然而，获得大容量的电容是以体积膨胀为代价的。现代开关电源要求越来越高的效率和更小的体积。因此，有必要寻找新的解决方案来获得大容量和小容量的电容器。 在开关电源的原始侧使用有源滤波电路后，铝电解电容器的使用环境比以往更加恶劣，高频脉冲电流主要是20kHz~100kHz的脉动电流，大大增加；变换器的主开关加热，导致铝电解电容器周围温度升高；变换器大多采用升压电路，因此需要高压铝电解电容器。 用这种方法生产的铝电解电容器，由于要吸收比以往更大的脉动电流，不得不选择大尺寸的电容器。因此，电源太大，很难应用于微型电子设备。为了解决这些问题，有必要研制一种体积小、抗高压、允许流过大量高频脉冲电流的新型电解电容器。此外，这种电解电容器在高温环境下工作，其工作寿命必须相对较长。

钽电容设计尺寸减小的因素

高效封装技术的发展是降低钽电容器设计尺寸的重要因素。在工业中常用的包装技术是引线框架设计。这种结构具有很高的制造效率，可以降低成本，提高生产能力。对于与空间无关的应用，这些设备仍然是可行的解决方案。map结构消除了现有电流环的机械引线框架，大大减小了电流环的尺寸。通过小化电流回路，可以显著降低ESL。ESL的减小对应于自谐振频率的增加，从而扩大了电容器的工作频率范围。 8高效封装技术的发展是降低钽电容器设计尺寸的重要因素。在工业中常用的包装技术是引线框架设计。这种结构具有很高的制造效率，可以降低成本，提高生产能力。对于与空间无关的应用，这些设备仍然是可行的解决方案。 然而，在许多以增加密度为主要设计标准的电子系统中，减小元件尺寸的能力是一个重要的优势。在这方面，制造商在包装技术方面取得了一些进展。如图5所示，与标准引线框架结构相比，无引线设计可以提高体积效率。通过减小提供外部连接所需的机械结构的尺寸，这些设备可以使用额外的可用空间来增大电容元件的尺寸，从而增大电容和/或电压。 在新一代的封装技术中，Vishay的专利多阵列封装（map）结构通过在封装末端使用金属化层提供外部连接，进一步提高了体积效率。该结构通过完全消除内部阳极连接，使电容器元件在可用体积范围内的尺寸大化。为了进一步说明容积效率的提高，见图6。从图中可以明显看出，电容器元件的体积增加了60%以上。这种增加可用于优化设备，以增加电容和/或电压，降低DCL并提高可靠性。 Vishal的另一个优点是减小了结构的尺寸。map结构消除了现有电流环的机械引线框架，大大减小了电流环的尺寸。通过小化电流回路，可以显著降低ESL。如图7所示，与标准引线框架结构相比，这种减少可以达到30%。ESL的减小对应于自谐振频率的增加，从而扩大了电容器的工作频率范围。