怎么测铝电解电容的esr-铝电解电容怎么读数

怎么测铝电解电容的esr值。1、首先我们要知道电解铝电容的esr值是怎么测出来的，这个就要从两个方面来说了。第一个方面就是测试电解铝电解电容的工作原理了，我们都知道电解铝电解电容主要是通过铝箔的表面进行反应，然后产生电流，从而实现电解铝的目的。那么这个电流的大小就决定了电解解铝的质量好坏，所以电解铝的电流是非常重要的。

1、电容的ESR

ESR是英语EquivalentSeries Resistance的缩写，意为等效串联电阻。自身不会产生任何能量损耗的完美电容只存在于理论，实际的电容总是存在着一些缺陷。这个损耗，在外部的表现就像一个电阻跟电容串联在一起。另一方面，由于引线、卷绕等物理结构因素，电容内部还存在着电感成分。因此，实际电容的等效模型可以表示为图1所示的模式。其中电容C为理想电容，R为等效串联电阻，即ESR，L为等效串联电感，即ESL。引入ESR和ESL，使得模型更接近于电容在电路中的实际表现。

图1 实际电容的等效模型

图2 实际电容与理想电容的差别

斜直线为理想电容的阻抗曲线，呈V字形的是实际电容的阻抗曲线。

图3 不同容量电容的阻抗特性曲线

ESR的存在，令电容的行为表现背离其原来的定义。比如说，理论上“电容两端的电压不能突变”，但实际上，ESR上会产生一定的压降，与突然施加的电流大小有关，令电容不再遵循理论规律。又如，电容会因ESR上的功耗而产生内部发热。笔者曾将两只早期生产的10μF/16V高ESR电解电容，正常地接到微型计算机开关电源的5V输出两端。由于此处高频脉动电压较大，电容内部损耗产生的热量加热内部气体，发出“吱吱”之声，竟在几秒内导致电容炸开，前后两次均是如此。

图2、图3显示了电容的实际阻抗特性。由于ESR以及ESL带来的影响，当频率上升到一定程度，即到了高频区，电容的阻抗不再遵从理论上的规律随频率的升高而降低。在图2中的低频段，电容的容抗在起主要作用，基本上还遵从理想电容的规律。在中间频率段，本应是ESL与C共同谐振而呈现阻抗深谷，但有ESR的存在，改变了曲线的走向，换言之，ESR在这里起主要作用。在高频区，则是ESL在起主要作用。

图4 不同材质电容随频率变化的ESR曲线

图中方框（顺序为光左右、后上下）列出了所测电容的品种和规格，200/6表示200μF/6V，以此类推。第1、 2、4种为不同的钽电解电容，其中第1种为聚合物固态钽电解电容。第2种为较常见的二氧化锰固态钽电解电容，第4种为多层结构的二氧化锰固态钽电解电容。第3种为二氧化锰固态铌电解电容。第5种为MLCC即多层陶瓷电容，两只100μF/4V并联。第6种为低ESR铝电解电容。

图5 普通电解电容与低ESR电解电容的ESR曲线

上方曲线显示，普通电解电容在较大的频率范围内其ESR值变化并不大。

电容ESR的大小跟电容的制造有关。材质不同，ESR有区别。材质相同，则容量越大，ESR越小，约跟容量的开方成反比。同一品种的电容，耐压越高，ESR往往更低。就材质而言，电解电容的ESR明显高于薄膜电容。在电解电容中，铝电解电容的ESR又高于钽电解电容。在薄膜电容中，聚丙烯、聚苯乙烯等材料的电容ESR较小。一个对比例子是，1μF聚丙烯电容的ESR为10mΩ，而容量达1000μF的铝电解电容，其ESR为0、1Ω。

2、 电解电容ESR的形成因素

下图表示了电解电容ESR的形成因素。

图6 电解电容ESR的形成因素

通常，为了便于分析电容的ESR，多用下图的简化方式来表示：

图7 简化ESR

3、导致ESR变化的因素

首先，管脚引脚和电容电极极板金属的电阻可以忽略，因为它们都非常小。

造成高ESR的两个常见因素是：

1）不良的电气连接；

2）电解溶液的干枯。

对于1），新、旧电解电容都有可能出现；对于2）多数都是发生在旧电解电容上。

不良的电气连接问题主要是由于连接于电容内部的管脚引线不是铝金属材料，而且一直以来铝是不可焊的材料。对于铝质的电极极板材料和铜质的管脚材料来说，其电气连接主要采用所谓的“焊接”和机械压接方式。但是这两种方式都会产生较高的ESR。随着电解液水分的挥发，ESR也随之增大。

4、ESR与电解电容的漏电相关？

漏电是电容电极极板之间的并联电阻。而ESR仅仅是串联电阻，所以两者是完全不同的，即ESR是与漏电无关的。

相反，当ESR足够大时还可以减少漏电电流。

5、ESR的影响

ESR的出现导致电容的行为背离了原始的定义。

比如，我们认为电容上面电压不能突变，当突然对电容施加一个电流，电容因为自身充电，电压会从0开始上升。但是有了ESR，电阻自身会产生一个压降，这就导致了电容器两端的电压会产生突变。无疑的，这会降低电容的滤波效果，所以很多高质量的电源啦一类的，都使用低ESR的电容器。

同样的，在振荡电路等场合，ESR也会引起电路在功能上发生变化，引起电路失效甚至损坏等严重后果。

所以在多数场合，低ESR的电容，往往比高ESR的有更好的表现。

6、ESR与频率之间的关系

下图是音响输出电路中所使用的直流隔直电容的情况（图中红圈是电容）。

图8 音响输出电路中所使用的直流隔直电容的情况

下图是两个100微法电容（ESR分别为0和6欧姆）时其输出功率随输出频率变化的曲线。

图9 输出功率随输出频率变化的曲线

在低频端（60Hz）时两者的差别不大，但是在高频端（1KHz）时两者就相差很大了。形成这一差别的主要因素就是ESR与电容的容抗之间的关联关系。

再进一步来说。如假设角频率为ω，电容器的静电容量为C，则理想状态下电容器(图1)的阻抗Z可用公式(1)表示。

图10 理想电容器

Z=1/jωC(1)

由公式(1)可看出，阻抗大小|Z|如下图所示，与频率呈反比趋势減少。由于理想电容器中无损耗，故等价串联电阻(ESR)为零。

图11 理想电容器的频率特性

实际中，|Z|的频率特性如下图所示呈V字型（部分电容器可能会变为U字型）曲线，ESR也显示出与损耗值相应的频率特性。

图12 实际电容器

图13 实际电容器的|Z|/ESR频率特性(例)

Z|和ESR变为曲线的原因如下：

低频率范围：低频率范围的|Z|与理想电容器相同，都与频率呈反比趋势减少。ESR值也显示出与电介质分极延迟产生的介质损耗相应的特性。

共振点附近：频率升高，则|Z|将受寄生电感或电极的比电阻等产生的ESR影响，偏离理想电容器（红色虚线），显示最小值。|Z|为最小值时的频率称为自振频率，此时|Z|=ESR。若大于自振频率，则元件特性由电容器转变为电感，|Z|转而增加。低于自振频率的范围称作容性领域，反之则称作感性领域。

ESR除了受介电损耗的影响，还受电极自身抵抗行程的损耗影响。

高频范围：共振点以上的高频率范围中的|Z|的特性由寄生电感(L)决定。高频范围的|Z|可由公式(2)近似得出，与频率成正比趋势增加。

ESR逐渐表现出电极趋肤效应及接近效应的影响。

重要的是，频率越高，就越不能忽视寄生成分ESR或ESL的影响。随着电容器在高频领域的应用越来越多，ESR和ESL与静电容量值一样，成为表示电容器性能的重要参数。

7、ESR与功率之间的关系

当电容需要承载很大电流的时候即使在工作频率较低的情况下也容易出现问题。比如在一些大电流开关电源里。

例如，一只工作在60Hz、5A电源里的20000微法的电容，假设它的ESR为0、5欧姆，那么按照欧姆定律P=I×I×R，则电容内部将12、5W的功率消耗，由此而产生的热量将加速电解液的干枯并使得电容失效。

而ESR也会降低滤波效果。如5V的TTL供电回路里如果存在0、5欧姆的电阻的话，将会产生高达2V的纹波电压，相当于纹波电压达到40％的程度。如果电容工作在高频高电流电路中，情况将更为严重。

8、ESR获得方法

1）查ESR表

一般贴装电容都会提供ESR表，查表可得ESR

2）实验法

实验法有两种：其一，使用LCR表测量，有制式LCR 表，可以很精确测量电容的各种参数。其二，如果特定针对普通电解电容，由于电解电容的ESR 通常较大，可以用简单的方法测得较好结果，比如你说你有交流信号--- 不管是信号发生器还是一个工频变压器都好，反正对频率不高，ESR较大的情况还是比较容易测得相对准确的——首先找一个参考用电阻，大小应该比估计的ESR 更大一些，这样方便计算，然后和电容串联接入（正弦波）交流源中，然后用万用表测电容两端电压和参考电阻两端电压，就可以求出回路电流。一个电解电容在低频时，等效为一个理想电容C1 和ESR 的R1 的串联，因此可用这两个电压和已知的参考电阻大小求出ESR。

3）计算法

等效串联电阻指等效串联电路的电阻分量。ESR值取决于频率和温度，并与损耗角正切有关，相关公式如下：

ESR：等效串联电阻

tanδ：损耗角正切

CS：串联电容量

在计算ESR值时，必须考录额定电容量的允许偏差限制。

有一点需要注意，即使是电解电容，也有不同的设计方向，不同型号的电容差异可能很大，要以厂家Datasheet 为准。