電容器發熱特性與測量方法

1.關于電容器的發熱

隨著電子設備的小型化?輕量化，部件的安裝密度高，放熱性低，裝置溫度易升高。尤其是功率輸出電路元件的發熱雖對設備溫度的上升有重要影響，但電容器通過大電流的用途（開關電源平滑用、高頻波功率放大器的輸出連接器用等）中起因于電容器損失成分的功率消耗變大，使得自身發熱因素無法忽視。因此應在不影響電容器可靠性的范圍內抑制電容器的溫度上升。

理想的電容器是只有容量成分，但實際的電容器包括電極的電阻因素、電介質的損失、電極電感因素，具體可用圖1中的等價電路表示。

圖.1

交流電流通過此類電容器時，會因電容器的電阻成分（ESR），產生式.1-1中所示的功率消耗Pe，則電容器發熱。

2.電容器的發熱特性

電容器自身的發熱特性測量應在將電容器溫度極力抑制為對流、輻射產生的表面放熱或治具傳熱產生的放熱狀態下進行。此外，在電容率的電壓依賴性為非線形的高電容率類電容器中，需同時觀察加在電容器上的交流電流與交流電壓。小容量的溫度補償型電容器應具備100MHz以上高頻中的發熱特性，因此須在反射較少的狀態下進行測量。

2-1.電容器的發熱特性測量系統

高電容率類電容器（DC～1MHz區域）發熱特性測量系統的概略如圖.2所示。

用雙極電源將信號發生器的信號增幅，加在電容器上。用電流探頭（通用探頭）觀察此時的電流，使用電壓探頭觀察電容器的電壓。同時用紅外線溫度計測量電容器表面的溫度，明確電流、電壓及表面溫度上升的關系。

圖.2

溫度補償型電容器（10MHz～4GHz帶寬）發熱特性測量系統的概略和測量狀態如圖.3所示。

圖.3

組成系統的設備及電纜類均統一為50Ω，將測量試料裝在形成微帶線的基板上，兩端裝有SMA連接器。用高頻波放大器（Amplifier）增幅信號發生器（Signal GENERATOR）的信號，用定向耦合器（Coupler）觀察反射同時即施加在試料（DUT）上。用衰減器（Attenuator）使通過試料輸出的信號衰減，用電力計（Power Meter）觀測。同時觀測試料表面溫度。

2-2.電容器的發熱特性數據

作為高介電常數的片狀多層陶瓷電容器系列發熱特性的測量數據，3216型10uF的B特性6.3V的發熱特性數據、阻抗和ESR的頻率特性如圖.4所示。

圖.4

表示100kHz、500kHz、1MHz中交流電流與溫度上升的關系和阻抗（Z）及ESR®與頻率的關系。可確認發熱特性按100kHz》500kHz》1MHz的順序逐漸變小。此外，ESR在100kHz時為10mΩ，在500kHz時為6mΩ，在1MHz時為5mΩ，可確認ESR與發熱特性的密切關系。

3.發熱特性數據的獲取方法

發熱特性數據可通過本公司的Web網站確認。

圖.5為本公司提供的設計支援工具----“SimSurfing”的畫面。可以通過選取型號和希望確認的項目，顯示特性。還可以下載SPICE網絡清單或S2P數據作為模擬用數據。請務必靈活運用到各種電子電路設計中去。

圖.5