電解電容在低溫下的ESR問題分析!
信息來源于:互聯網 發布于:2022-12-05
在我們使用電解電容的時候,我們常常關心到電解電容的容量,工作頻率,使用壽命,高頻特性;電解電容的使用紋波電流,溫升情況及計算壽命參數等等;對于電解電容在開關電源的使用時,我們經常推薦使用高頻低阻抗的電解電容參數,往往廠家推薦的高頻低阻抗是在常溫下(18-25℃)的參數;在實際的應用中,我們消費類產品為了滿足全球工作的氣候范圍對產品的測試有要求更低的溫度范圍,比如零下20℃!在實際工作中電解電容在-20℃時 電解電容的容量會變低可能大家比較了解;還有一個重要的參數低溫下的電解電容的ESR這個參數大家最容易忽略!電解電容在低溫環境下的ESR比正常時要高很多倍;在使用時我們需要重點考慮.
我將電解電容在低溫-20℃時其高的ESR帶來的應用問題進行分享;
A. 一顯示驅動的背光系統采用BOOST的方案設計原理如下
BOOST的升壓供電部分VLED+
LED的電流調整控制部分
B.如圖中: 系統在常溫工作環境下系統工作正常,系統在-15℃系統啟動時容易出現啟動保護的情況!通過測試的Data如下:
CH1:VLED-電解電容 CH3: 12V-VCC CH4:ILED
從測試的波形數據:輸出的LED電流的尖峰值 跟VLED的輸出電解電容的電壓變化一致;輸出VLED-電解電容上有較大尖峰電壓LED的控制MOS管開通時其采樣電阻上檢測到對應的尖峰電流
CH1:VLED-電解電容 CH3: 12V-VCC CH4:ILED
將測試波形進行放大展開觀察其細節波形:正常的設計電流ILED=275mA;正常工作時IC有過電流檢測功能,可以確定此時的ILED最大到1A超過OCP的保護值點超過內部檢測機制控制時間后,系統進行了保護操作;同時從每個開通的檢測時間周期上來看每個輸出VLED-電解電容周期上都會有一個輸出的過沖電壓
C.由于常溫工作時系統無此現象;對于-15℃的工作的差異情況,由于輸出V-LED電解電容在每個開關周期都會出現輸出過沖電壓的情況;在低溫下電解電容容量會變低,先進行模擬電解電容變低的條件測試,將原來的22uF/160V 降低為10uF 及1uF 的測試數據如下:
CH2:VLED-電解電容 CH3: ILED
通過減小輸出電解電容的容量發現系統VLED-電解電容的輸出紋波電壓增大了,沒有出現過大的尖峰電壓,系統沒有出現OCP現象。
D.上面的測試說明系統在低溫-15℃的情況,電解電容的容量的變化對系統不會產生大的影響;低溫下電解電容ESR也會有變化,因此測試在VLED-電解電容的輸出端串聯10R-100R的電阻進行模擬ESR增大的情況:
CH1:VLED-電解電容 CH4: ILED
通過模擬增加電解電容ESR的方法模擬到和故障一致的現象;
說明在低溫下-15℃時電解電容的ESR對比常溫有比較明顯的變化;由此我們通過實驗測試的方法直接將使用的22uF/160V 47uF/160V的電解電容在常溫和低溫-15℃環境下進行LCR表進行數據測試如下
1.常溫測試ESR
測試頻率-100KHZ ESR=0.33R 22uF/160V&47uF/160V 基本相同
2.-15℃冰箱環境放置1小時后,拿出馬上測試數據如下:
電路板使用的22uF/160V 的電解電容
測試頻率-100KHZ ESR增大到=8.39R
另一只47uF/160V 的電解電容
測試頻率-100KHZ ESR增大到=4.13R
通過上面測試數據可以看到;電解電容在低溫環境下其ESR的變化對比常溫情況下ESR的變化很大,特別是在使用小容量的電容其變化差異會相差好幾十倍甚至100倍以上;其電容大的ESR會對系統的使用產生影響,因此電解電容在使用時在低溫環境下要選擇好電解電容的容量及裕量設計!