电解电容的ESR如何计算？

本文主要介绍铝电解电容的基本内容，包括其基本构造、基本参数介绍、基本参数的特性（多图）、制造工艺等，下一期我们会结合电路设计介绍电解电容的具体选型。

1、铝电解电容简介 

1.1原理

铝电解电容器是以阳极高纯度铝箔表面上形成的氧化膜为电介质，再由阴极铝箔、电解液、电容器纸（电解纸）构成。氧化膜是通过电解氧化形成，非常薄，具有整流特性。此外，通过对高纯度铝箔进行腐蚀来扩大有效表面积，获得小型化大容量的电容器。

实际电容器的结构由阳极箔及阴极箔，两箔之间夹着电解纸（箔两层和电解纸两层）组成，电解纸中浸渍电解液的为非固态铝电解电容器，电解纸中采用固体电解质导电高分子的为铝固态电解电容器。

图1铝电解电容器等效电路

其中：

CA, CC：阳极箔、阴极箔的静电容量；

DA, DC：阳极箔、阴极箔氧化膜的整流作用；

LA, LC：阳极箔、阴极箔的电感；

R　  ：电解液和电解纸的电阻；

RA, RC：阳极箔、阴极箔的氧化膜电阻；

铝电解电容器的等效电路如图1所示，其主要构成如下：

阳极  -----------铝箔

电介质 -----------阳极铝箔表面形成的氧化膜（Al2O3)

阴极  -----------真正的阴极是电解液

其他的组成成分包括浸有电解液的电解纸，和电解液相连的阴极箔。综上所述，铝电解电容器是有极性的非对称构造的元件。两个电极都使用阳极铝箔的是两极性（无极性）电容。

1.2容量计算公式

下图2为电容器的基本模型，和平行板电容器类似，铝电解电容器的静电容量一般用如下公式计算。

---------（1）

图2电容器基本模型

公式中：

ε表示电介质的电介常数；

S表示电介质的表面积（m2）；

d 表示电介质的厚度（m）；

因此，要想增大静电容量 C，可以从三个方面考虑：

• 增大电介质的介电常数ε；

• 增大电容器的电极板表面积S；

• 减小电介质的厚度d。

铝电解电容器的电介质单位厚度的耐电压较高 , 而且可以根据需要的额定电压来控制电介质的厚度 . 因此，相比其它类型电容器，可以减小电介质的厚度。

而且，通过腐蚀铝箔表面，与表观面积相比，实效面积在低压电容器上能扩大 80 〜 100 倍、中高压电容器上能扩大 30 〜 50 倍，因此 , 铝电解电容器在特定的表观面积上能获得比其它电容器更大的容量。

各种电容器的电介质的电介常数ε和电介质厚度 d 的对比如下表所示：

1.3铝电解电容基本构造

通用型铝电解电容器的基本结构是箔式卷绕型的结构，阳极为铝金属箔，介质是用电化学方法在阳极金属箔表面上形成的金属氧化膜AL2O3，阴极则为多孔性电解纸所吸附的工作电解质。内部结构如下图 3 所示：

图 3 铝电解电容器的构造

2、铝电解电容的基本参数 

2.1耐压值

电解电容的耐压受到氧化层厚度的影响，如果电压过高会击穿氧化层：电解液将和阳极铝发生氧化反应，阴极则会发生还原反应，最终引起电容“爆浆”。一般选择电容的耐压需要大于最高母线电压的1.25~1.5倍。

2.2静电容量

电解电容的容量影响电容的提供脉动电流的能力，在功率电路中需要电容容量满足功率输出。由于电解电容较大的ESR，常常需要多个电容进行并联使用，使用的容量会远大于计算需要的容量。

根据铝电解电容器的原理可知，电解电容的电容量由阳极箔的电容量 Ca 和 阴极箔电容量 Cc 是串联而得，即电容器的总容量：

标准的容量允许公差为± 20% (M)，诸如公差为± 10% (K)等精密电容器需要特殊生产。铝电解电容器的容量会随测试温度和频率而变化，因此，电容量测试的标准条件为：120Hz, 20℃。如下图4，图5为温度和频率对静电电容的具体表现：

1、静电容量随着温度上升而增加，温度下降而减少。

图4静电容量的温度特性

图5静电容量的频率特性

2.3等效串联内阻ESR

等效串联电阻 ESR由电解液、电极箔、引线的电阻及它们之间的连接电阻组成。

由下图6可以看出：

ESR 随温度上升而下降；