初步测了一下那个争议不断的问题 - Q和介电吸收的关系

ωωωω

两年前测过一次介电吸收，但是当时手里的薄膜电容比较少，都是从各种地方拆下来的，另外电容的容量有大有小，反正感觉测起来很不舒服。

这次的话，其实本来没想测介电吸收的。这些电容将被用作DC/DC电路中，来进行某些电容容量与环路稳定性和补偿的测试，所以要求电容容量是已知的，这一点上，MLCC不行，因为MLCC加电压之后容量会变小，那条容量随偏置电压变化的曲线太陡了，不好预测。最重要的是焊太多MLCC在PCB上，弯曲之后很容易碎裂短路。因此我觉得还是薄膜电容更适合，而且这些薄膜电容围成一圈看起来很好玩。




简单介绍一下这个：
每颗电容的容量一般是0.x uF～x uF，随电容尺寸的不同可以放不同数量，最终整板的容量一般在数十uF。电容是交替反向并联的，相邻电容的电流方向相反，意味着可以极大程度抵消ESL。PCB外圈是12个NGFF金手指，内圈是4个NGFF金手指。每个NGFF正反面一共有67根针，每根额定电流0.5A，所以可通过(67/2)*0.5A=16.75A，然后实测每个NGFF电阻2毫欧，P=I^2*R=16.75*16.75*0.002=0.56W，这点发热量对于LCP塑料肯定没问题。外圈12个就是12*16.75=201A，足够DC/DC使用了。

然后测了一下介电吸收，这次都是手工测量，方法是：
1，电容本身长期0V放置，限流电阻10欧姆
2，用10V充电10秒
3，短路到0V 10秒
4，将电容开路，在第5，10，20，30，40秒用万用表>10GOhm的10V档记录电容电压，其实万用表自始至终都连接在上面。
观察一下不同电容的电压回升曲线，发现基本一样，所以用40秒时的电压当作电容的介电吸收性能，单位为6.5位表的10V档一个字，也就是10uV。比如第二列介电吸收55代表40秒时电容电压为550uV=0.55mV。



我按照介电吸收进行了排序，可以看到，貌似有那么一点关系，不过可以确定的是，Q超低的电容也可以拥有很好的介电吸收表现，因为那个B32653 L电容是有点坏了，ESR超级大但是容量却基本正常。B32653 H电容和B32653 L是一包来的，里面有好有坏，我把它们筛选了，H代表10kHz的Q=2000，L代表Q=20（大约）。导致最终两种的介电吸收差不太多，Q却差很多。

还有一个就是倒数几名的EACO和CL23，前者是MKP，后者是MKT，从容量就能看出来，然而介电吸收居然一样，非常奇怪。但二者Q值却天差地别，这肯定不是电桥的相位误差带来的。

先睡觉，放几张图作为结尾，顺便说一下，PCB的电阻约为1毫欧，然后整版10kHz的ESR可以达到2毫欧左右，我测Q的频率是100Hz，所以PCB的电阻可以忽略不计。

我是不会修

有没有直接关系其实无所谓，常见电容一般的规律性来说，“好电容“基本上各参数都不错！业余条件来说，通过手里现有的条件去筛选一两个参数，大概率可以获得需要的电容。不严谨，但是好使。

ωωωω

我是不会修 发表于 2024-7-14 10:54
有没有直接关系其实无所谓，常见电容一般的规律性来说，“好电容“基本上各参数都不错！业余条件来说，通过 ...

像那个CBB24是最让我失望的，因为这个100V耐压2.2uF，体积超级小，而且1k ESR=14mOhm，10k ESR=4mOhm，结果介电吸收却是下游。不过EPCOS的B32653出乎意料的强，厦门法拉MKP21也可以。

shiyutong

这个工作量不小啊！厦门法拉普遍都不错

shiyutong

后面几个的巨大反差也许是和测试线路和空间电磁波谐振了？？？

我是不会修

ωωωω 发表于 2024-7-14 11:03
像那个CBB24是最让我失望的，因为这个100V耐压2.2uF，体积超级小，而且1k ESR=14mOhm，10k ESR=4mOhm，结 ...

筛选后，最好还是上机测试，才知道哪种更合适，单纯的测参数不是目的。

wjqok

电容器的常见参数好像也几十种，不同频率下又差异很大，建议在应用场景下去测试对比。

liuhaob

大工程

ωωωω

我做了一个数字电桥的那个电路，就是运放提供虚地，然后两个100欧电阻那种。拿双通道示波器看了一下输出的波形相位差和幅度，电路应该是正常工作的。最近TI新推出了好多高带宽的FET运放，感觉这种结构的电桥，最高频率又能上一个新台阶了。
下一步用单片机+高性能ADC采样这两个电桥的输出波形，试一试能否正常工作在1Hz或0.1Hz，然后和介电吸收方法测得的结果在做比较。

fzg001

谢谢分享，长知识

亚历山大

着得好无聊才干的事哈

cooleaf

这个确实得有大把时间才玩得了啊！

人艰不拆了

哈哈，测试条件真好

阿粗

谢谢分享，很好的测试资料贴

ωωωω

今天又新弄了一些电容板，然后采用了稍有不同的测试方法：
❶充电10秒
❷短路10秒
❸开路10秒后测量电压
用这个方法重复几次，测到的电压会随次数增多而略微上涨，一般三四次就稳定了，然后把电压记录下来。


和之前的做比较，发现两次结果大差不差，有些电容有点差异。
第二列是旧方法，第三列是新方法。


然后看一下Q与介电吸收的关系，这里的Q已经扣除了1毫欧的PCB电阻，所以对那些大容量导致低ESR的电容会更公平些。


前面这张图是按Q进行降序排列；
后面这张图是按介电吸收电压升序排列。

有一个发现就是，介电吸收前四名的电容（分别是35，38，40，40）的100Hz Q都很高（>7000）。
但是后面紧接着好几个都是低Q的（<5000）。


再往后的话，Q就有高有低了：
有Q=876但是介电吸收=45的，也有Q=9561但是介电吸收=65的。


然后倒数几名的MKT，介电吸收参差不齐，但是Q基本都是600多。


C0G的话，我做了一个12uF的阵列，没感觉它漏电，但是测到的介电吸收只有10～15，所以只能猜一下C0G的超低频（0.1Hz）介电吸收很低，但是低频（5Hz）介电吸收一般。因为在实际电路中C0G表现没这么好，当然也不排除我这卷C0G体制特殊。


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这些电容容量很大，所以在1Hz或0.1Hz下能获得一个不算大的过分的容抗，自平衡电桥法应该可以测，等调试好单片机和ADC测测看。