电容器测试的挑战与方案

　　电容器漏电

　　漏电是电容器的非理想特性之一，用绝缘电阻(IR)来描述。对于给定的介质材料，其有效并联电阻与电容成反比。这是因为电阻与介质的厚度成正比，与电容面积成反比。电容与面积成正比，与分开的距离成反比。因此，用于量化电容器漏电的常用单位是电容与泄漏电阻的积，通常用兆欧姆-微法拉(MΩ•μF)表示。电容器漏电的测量是施加固定电压至被测电容器并测量产生的电流。因为泄漏电流随时间的增加将以指数形式衰减，所以通常先施加一段时间(延迟时间)的电压再测量电流。

　　绝缘电阻值取决于电介质

　　理论上，电容器的电介质可由任意非导电物质组成。但在实际应用中，使用的材料要最适于电容器的功能。例如聚苯乙烯、聚碳酸酯或Teflon®等聚合物介质。根据所使用的具体材料和纯度，其绝缘电阻范围可从10⁴MΩ•μF至10⁸MΩ•μF。例如，1000pF的Teflon电容器具有高于1017Ω的绝缘电阻，就记为>10⁸MΩ•μF。诸如X7R或NPO等陶瓷的绝缘电阻范围可从10³MΩ•μF至10⁶MΩ•μF。电解电容器(例如钽或铝)的泄漏电阻相对低得多，通常从1MΩ•μF至100MΩ•μF。例如，4.7μF铝电容如果规定为50MΩ•μF，那么其绝缘电阻至少为10.6MΩ。

　　电容器漏电的测试方法

　　图2示出了电容器漏电测试的常规电路。在这个电路中，在电容器(CX)上施加一段延迟时间的电压后用安培表测量电流。电阻器(R)与电容器串联并且电阻器有两个重要功能。首先，当电容器短路时它有限流作用。其次，电容器的电抗随频率升高而降低，这会增加反馈安培计的增益。电阻器能将增益限制在有限值范围内。电阻器的合理阻值是让RC的乘积在0.5~2S范围内。开关(S)虽然并非绝对必要，但是它在电路中能对电容器两端的电压进行控制。

　　而且，串联电阻器给测量结果加入了Johnson噪声——这是任何电阻器都会产生的热噪声。在室温条件下，这种噪声约为A，峰峰值。在典型的3Hz带宽下，1TΩ反馈电阻器的电流噪声约为8×10^-16A。在10V条件下测量10¹⁶Ω的绝缘电阻时，噪声电流将占测量电流的80%。

　　替代的测试电路

　　通过在电路中加入正向偏置二极管(D)可以获得更高的测量准确度，如图3所示。二极管的行为很像可变电阻，当电容器的充电电流高时其阻值很低，当电流随时间增加而降低时二极管的电阻值增大。由此，串联电阻器的阻值可以较之前低得多，因为它只需用于当电容器短路时防止电压源过载和二极管损坏。采用的二极管应为小信号二极管，例如IN914或IN3595，但是它必须密封在不透光的封装内以消除光电干扰和静电干扰。对于双极性测试，应使用两颗背靠背并联的二极管。

　　测试硬件的考虑

　　当测量电容器的漏电时，测量仪器的选择需要考虑多个方面。

　　● 虽然完全可以建立带分立电压源的系统，但是集成系统可以极大地简化配置和设置过程，因此请寻找具有内建可变电压源的静电计或皮安表。因为连续可变电压源能提供电压系数的便捷计算。对于高额定电压电容器的高阻测量，最好选用内建电流限制的1000V电压源。对于给定电容器，在其额定电压范围内施加的电压越大产生的漏电流也越大。以同样的固有噪底测量较大电流会得到较高信噪比，进而获得更准确的读数。