基于Agilent4395A Impedance Analy

研究了铝电解电容器的等效模型，讨论了铝电解电容器在不同频率下，其等效串联电容、介质损耗因子、阻抗随频率变化特性，采用Agilent4395A阻抗分析仪测量了铝电解电容器参数、阻抗-频率特性等。实测证明，实际的铝电解电容器的阻抗-频率特性与理想铝电解电容器的阻抗-频率特性有明显的差异，Le-Re-C串联等效模型最能代表铝电解电容器的实际模型。
Abstract: an equivalent model of Al electrolytic capacitor has been studied in this paper. The change law of the equivalent serial capacitance, dissipation factor and impedance of Al electrolytic capacitor has been discussed at different frequencies with Agilent4395A Impedance Analyzer. It has been proved that there was a significant difference in the Impedance-frequency Characteristic between the practical Al electrolytic capacitor and the ideal one. This Le-Re-C serial equivalent model could be the practical model of Al electrolytic capacitor.
    关 键 词：铝电解电容器；模型；阻抗-频率特性；测试

电源是所有电气设备的心脏。开关电源因具有体积小、重量轻、效率高、发热量低、性能稳定等优点，在我国通信、信息、家电和国防等领域得到广泛应用。无论哪种DC-DC变换器，主电路使用的元件都是电子开关、电感和电容，如图1所示为Buck变换器电路，其中铝电解电容器特性对主电路的传递函数有着直接的影响。阻抗-频率特性是铝电解电容器重要的电气参数之一，研究它并建立铝电解电容器等效模型有实际意义。清楚了解影响阻抗-频率特性各因素，既是合理设计电路的基础，也是分析电路失效性的依据。
在实际运行的铝电解电容器两端加交流电压时，并不是只存在电容量，还存在串联等效电阻和串联等效电感等，且电容量、串联等效电阻、阻抗、介质损耗因子tgδ等均随工作频率的不同而变化。本文将就铝电解电容器的等效模型、阻抗-频率特性以及电容参数的测试进行讨论。
1．铝电解电容器的等效模型
铝电解电容器由电解质(液体或固体)、阳极铝电极、阴极铝电极、衬垫纸、引线等组成。如果设RP为介质层等效并联电阻，Re为等效串联电阻、Le为等效串联电感，C为电容量，则可用图2所示的等效电路来描述铝电解电容器。
图中Re的大小与电解液的电导率、衬垫纸的绝缘效能、介质层的介电损耗因子、电极与导针的接触电阻等因数相关，因此Re随工作条件和环境而变化；等效电感Le是由电极和导针引起的，它在低频时受工作条件的影响较小；对于介质层等效并联电阻RP，一般存在RP>>XC，因此可忽略。忽略RP时，图2的等效电路可简化成图3的等效电路。