超大容量双电层电容器主要技术参数的测试

超大容量双电层电容器主要技术参数的测试研究与试制超大容量双电层电容器主要技术参数的测试王国庆12林忠富2左伟忠2王树学211东北传感技术研究所黑龙江哈尔滨15000121大庆华隆电子有限公司黑龙江大庆163316摘要:介绍了利用时间常数法、恒流充电法及恒流放电法测静电容量详细列出了不同容量值时的测试参数。三种测试比较表明:时间常数法简单实用恒流放电法和恒流充电法准确。同时介绍了等效串联电阻及漏电流的测试方法。关键词:双电层电容器静电容量等效串联电阻漏电流测试方法中图分类号:TM53TM934122文献标识码:A文章编号:10012202820000220015202超大容量双电层电容器以下简称电容器是20世纪70年代末发展起来的新型电子元件80年代初在日本迅速实现了商品化。作为一种储能元件由于具有体积小、容量大、过电压不击穿、使用寿命长等特点广泛应用于存储器的后备电源、太阳能电池的二次电源及瞬间电压波动情况下的辅助电源。由于该类电容器在国际及国内没有一个统一的技术有些科技人员在应用时对它的测量方法不很了解。笔者根据美国军用标准、日本各公司测量标准以及笔者多年来从事该类电容器研究及生产的经验将该类电容器的测试方法特别是静电容量的几种测试方法作些介绍。1静电容量的测试该类电容器由于具有超大的静电容量特别是相对较大的等效串联电阻因此用常规的测试方法很难测出其有效容量。目前各生产厂商的测试方法也不尽相同本文介绍三种测试方法。111时间常数法11111测量原理电容器恒压充电特性遵循下列公式:VCE〔1-exp-tRC〕式中:VC为电容器两端电压E为恒定充电电源电压t为充电时间。当tRC时:VCE1-e-101632E因此VC从0?01632E时电容器的静电容量可用以下公式计算:CtR1测试原理见图1。11112测试条件?充电电压为电容器的额定工作电压。?时间可用秒表记录从开关闭合对电容器充电开始到电容器两端的电压为01632倍的充电电压为止。?取样电阻依电容器容量值而不同下面是几种容量值时的取样电阻值。01047F以下:R010008011F:R051080122F:R020080147F以上:R01008?测试前应将电容器短路放电30min以上。例如:测试5V0122F电容器按上述测试原理及条件进行用测得的时间除以2008即为该电容器的实际容量。该电容器容差为-20,80测得的时间为35,79s。E为直流稳压电源R0为取样电阻C为被测电容器V为直流电压表K为开关图1时间常数法容量测试原理112恒流充电法11211测试原理对任何电容器电容量的计算都遵循公式:CQVCC?itVCdt当充电电流i为一定值电容器电压由0?VC时的时间可测则CItVC2式中:I为充电电流VC为电容器两端的电压t为电容器两端电压由0?VC时所用的时间。测试原理见图2。图2恒流充电法电容量测试原理收稿日期:1999209230修回日期:1999211224作者简介:王国庆1964-男山东省沂南人大庆华隆电子有限公司总工程师兼超大容量电容器事业部经理主要从事双电层电容器生产和开发工作。51电子元件与材料2000年4月在本测试方法中用函数记录仪记录电容器两端的电压及充电时间显示t2V关系曲线如图3。图3电容器恒流充电t2V曲线从图3看出在电容器涞绲乃布洳桓龅缪筕1这是由于该电容器有一个相对较大的等效串联电阻而产生的因此在计算电容量时VCV2-V1。11212测试条件?测试前将电容器短路放电30min以上。?VC应等于额定工作电压。?充电电流根据容量不同而不同下面给出几种不同容量电容器的充电电流供参考。01047F以下:I05mA011F:I010mA0122、0147F:I050mA110F:I0100mA例如:测试5V0122F电容器充电电流0105A在记录仪的记录纸上取VC5V时的时间t合格品应在18,40s之间用这个时间乘以0105A除以5V即为该电容器的实际电容量。113恒流放电法11311测试原理同恒流充电法一样当电容器以一个恒定的电流I放电时电容器的容量C与电容器某一时段的电压降的乘积等于电容器这一时段所放的电量。C??VQI??tCI??t??V3式中:I为恒定放电电流??t为电容器由V1下降至V2时所需时间??V为??t时段的电压降即??VV1-V2。测量原理见图4。A为直流电流表图4恒流放电法测试原理电容器测量过程见图5。ts为电容器恒压充电时间图5充放电过程曲线11312测试条件?被测电容器在恒流放电前应恒压充电30min充电电压为电容器的额定工作电压。?V1-V2015VV1约取电容器额定电压12即?12VR如额定电压VR为515V的电容器V1取215V。?放电电流应取1mAF为宜放电电流越大所测电容量将越小。一般情况下将该电容器短路大电流放电后电压将有一定量的恢复。114几点这三种电容量测试方法所测的电容量有所不同。按本文的测试条件时间常数法与恒流充电法接近而恒流放电法比时间常数法所测的电容量大113,116倍。目前市场所售电容器一般是作为低功耗器件的备用电源使用的因此恒流放电法与实际应用相近对应用来讲是比较准确的但测试时间长不如时间常数法简便。因此通常采用时间常数法或恒流充电法。恒流充电法是我们在科研过程中经常使用的充电过程比较直观。日本NEC公司采用时间常数法美国军用标准也采用此法进行测试。日本松下公司采用恒流放电法。2等效串联电阻的测试211测试原理双电层电容器的等效电路如图6。C0为等效的理想电容器Rs为等效串联电阻内阻Rj为绝缘电阻图6双电层电容器等效电路当电容器被施加交流电流时理想电容器C0为短路状态而在等效串联电阻Rs上产生一个压降即VRsVC当交流电流为一定值时电容器的等效串联电阻可由4式计算:RsVCI4测试原理见图7。C为被测电容器V为交流电压表A为交流电流表图7等效串联电阻测试原理212测试条件?环境温度:25?5?。?信号频率:1000?100Hz。?回路内交流电流:10?1mA。3漏电流的测试311测试原理由于该电容器静电容量非常大因此规定在该电容器上施加工作电压30min后所测得的电流为该电容器的漏电流其电流IA