電容的分類和使用技術(shù)文件

1、 電容的分類和使用技 術(shù) 文 件 技術(shù)文件名稱：電容的分類和使用 技術(shù)文件編號(hào)： 版 本： 文件質(zhì)量等級(jí)：共 17 頁(yè)(包括封面) 擬 制 審 核 會(huì) 簽 標(biāo)準(zhǔn)化 批 準(zhǔn) 目錄1前言22鋁電解電容器22.1等效電路模型22.2熱傳導(dǎo)等效電路模型及電容的安裝32.3電容的串聯(lián)和并聯(lián)52.4電容工作壽命計(jì)算62.5電解電容的失效防范63片式鉭電容83.1電性能及術(shù)語(yǔ)解釋83.2交流操作、紋波電壓和紋波電流133.3可靠性和失效率計(jì)算153.4鉭電容器的安裝193.5電容器的機(jī)械性能和熱性能214陶瓷貼片電容214.1陶瓷電容特性及與其它電容對(duì)比214.2應(yīng)用領(lǐng)域224.3特點(diǎn)：234.4陶瓷電容的

2、等效電路模型294.5安裝指南（封裝形式）294.6器件的工作模式294.7陶瓷電容故障294.8供應(yīng)商介紹315有機(jī)聚合物電解電容325.1應(yīng)用領(lǐng)域325.2優(yōu)點(diǎn)：325.3缺點(diǎn)：325.4poscap電容的等效電路模型335.5安裝指南（封裝形式）335.6器件的工作模式335.7工作壽命計(jì)算345.8失效的模式和防范345.9計(jì)算實(shí)例355.10供應(yīng)商介紹355.11不同公司產(chǎn)品的特性差異，以及特殊工藝方法介紹35電容的分類和使用1 前言我們的產(chǎn)品以往的很多故障都是因?yàn)樵骷氖褂貌划?dāng)造成的，所以說(shuō)，在進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，正確使用元器件是保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵，由于元器件的種類比較多，我們按大類

3、來(lái)分別介紹，本部分主要介紹常用的幾種電容的特性和使用。2 鋁電解電容器2.1 等效電路模型鋁電解電容可以等效為：等效串聯(lián)電阻（esr），等效串聯(lián)電感（esl），純電容（c）和等效并聯(lián)漏電電阻（rleak）。（其中等效并聯(lián)漏電電阻的大小由電介質(zhì)的特性決定）電容器經(jīng)充放電以后，由于存在電介質(zhì)的電場(chǎng)殘余效應(yīng)，部分場(chǎng)能仍將儲(chǔ)存在電介質(zhì)中，產(chǎn)生剩余電壓。因此大容值鋁電解電容器會(huì)在兩極間跨接一短路放電電阻，以防意外。由于等效串聯(lián)電阻（esr）的存在，電流流過(guò)電容時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一定的功率損耗。esr值會(huì)隨著電容“熱點(diǎn)溫度”的升高及電流頻率的增加而減少。（“熱點(diǎn)溫度”是指電容繞組內(nèi)部的最高溫度），下圖1是電容的等

4、效esr與溫度和頻率的關(guān)系曲線：圖1若電流由基頻和多次諧波構(gòu)成，則須計(jì)算每次諧波產(chǎn)生的功率損耗值，并將計(jì)算結(jié)果相加以求得總損耗值。電容工作時(shí)的功率損耗會(huì)使其內(nèi)部的溫度上升，電容“熱點(diǎn)溫度”（th）值將直接影響到電容器工作壽命(lop)：熱點(diǎn)溫度越高，工作壽命越短。為計(jì)算“熱點(diǎn)溫度”（th）值，就必須知道電容器的等效熱阻（rth）。注意：在頻率很高時(shí)，還應(yīng)考慮到等效串聯(lián)電感產(chǎn)生的熱效應(yīng)。電容的諧振頻率(fr)，因電容器種類不同而不同。對(duì)于軸向穿心電容（peg系列），諧振頻率范圍可從20khz到1mhz以上；對(duì)于焊片式和螺栓連接式鋁電解電容，諧振頻率在1.5khz至150khz之間。如果電容器在高

5、于諧振頻率時(shí)使用，對(duì)外特性呈感性。2.2 熱傳導(dǎo)等效電路模型及電容的安裝電容器內(nèi)部的熱量，總是從溫度最高的“熱點(diǎn)”向周圍溫度相對(duì)較低的部分傳導(dǎo)。熱量傳遞的途徑有幾種：其一是通過(guò)鋁箔和電解液傳導(dǎo)。如果電容被安裝在散熱片上，一部分熱量還將通過(guò)散熱片傳遞到環(huán)境中。從“熱點(diǎn)”傳遞到周圍環(huán)境中的總熱阻用rth 來(lái)表示。以下圖例1和2呈現(xiàn)的是：分別采用夾片安裝和螺栓安裝方式，將電容安裝在熱阻為2/w的散熱片上，所得到的電容熱阻值；圖例3呈現(xiàn)的是采用螺栓安裝方式，將電容安裝在熱阻為2/w散熱片上、強(qiáng)迫風(fēng)冷速率為2m/s時(shí)，所得到的電容熱阻值。另外將延長(zhǎng)的陰極鋁箔與電容器鋁殼直接接觸，也是很好的降低熱阻的方法

6、。同時(shí)應(yīng)注意鋁殼會(huì)因此帶負(fù)電，不能作負(fù)極連接。夾片安裝方式：rth = 3.6/w螺栓安裝方式：rth = 2.1/w螺栓安裝方式：rth = 1.8/w電容必須正確安裝才能達(dá)到它的設(shè)計(jì)工作壽命。安裝時(shí)確保安全閥朝上，這樣熱的電解液及蒸氣才能在電容失效的情況下，從安全閥順利排出。請(qǐng)看下圖中安全閥的朝向。正確的朝向 不正確的方式相比較夾片安裝方式，螺栓連接的鋁電解電容與底部散熱片之間的接觸更緊密，從而散熱更有效。（夾片安裝的電容器往往與底部散熱片之間存有一個(gè)空氣間隙）相比較夾片安裝，螺栓連接電容器的安裝方式要方便得多。固定用尼龍螺母的耐壓從2.5kv到4 kv不等。當(dāng)電容排列很緊湊時(shí)相鄰電容間至

7、少應(yīng)留出5mm的間隔以保證適量的空氣流動(dòng)。使用螺栓安裝時(shí)，螺母扭矩的控制非常重要。如果擰得太松，則電容與散熱片間就不能緊密接觸；如果擰得太緊，又可能使螺紋損壞。同時(shí)應(yīng)注意電容器不應(yīng)倒置安裝，否則可能造成螺栓的折斷。在高頻應(yīng)用中，電容兩端引線應(yīng)盡量短以減小等效電感。右下圖為較佳的安裝方式。鋁電解電容安裝時(shí)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離發(fā)熱元件，否則過(guò)高的溫度會(huì)縮短電容器的使用壽命，從而使得電容器成為整個(gè)電路中壽命最短的部件。2.3 電容的串聯(lián)和并聯(lián)若采用串聯(lián)方式連接電容，需要注意鋁電解電容器的分壓?jiǎn)栴}。容值的誤差可以使容值較小的電容分配到很高的電壓，例如：兩顆額定電壓為350vdc, 容值公差為+20%鋁電解電容器

8、串接，并在兩端加載700vdc電壓。那么在最糟糕的情況，一顆電容容值20%正偏差，另一顆為20%負(fù)偏差，負(fù)偏差的電容分配到的電壓為：使用分壓電阻是在各電容之間正確分配電壓的一種較好的方式。分壓電阻阻值的計(jì)算公式為：最好使用高品質(zhì)的分壓電阻，否則電阻的失效會(huì)導(dǎo)致電容因分壓不均而擊穿。在可靠性要求高的領(lǐng)域，電阻的發(fā)熱功率應(yīng)低于其額定值的50%。分壓電阻間的阻值誤差不應(yīng)大于+5%，同時(shí)還要考慮阻容回路的充放時(shí)間常數(shù)，以防電壓穩(wěn)定時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。有兩種方法連接分壓電阻：在大電流的應(yīng)用中，可以采用并聯(lián)方式連接，但需確保分配到每個(gè)電容支路上的電流相等。在圖1中，在高頻應(yīng)用時(shí)，電感可以導(dǎo)致每個(gè)電容上的電流分配不均

9、勻。圖2中，每個(gè)電容電流分配是相等的。使用低電感的母線棒能降低電感，可降至1 n h。原則上，陰極應(yīng)該設(shè)置在陽(yáng)極上方。2.4 電容工作壽命計(jì)算為計(jì)算電容工作壽命（lop），必須知道：工作電壓（uapplied），電容流過(guò)的電流的有效值(irms)，環(huán)境溫度 (ta)和熱阻 (rth) 。您可以從evox rifa公司的銷售機(jī)構(gòu)得到本公司產(chǎn)品的esr值和熱阻矩陣。首先，在esr矩陣中，查出不同頻率及熱點(diǎn)溫度(th，假設(shè)值)時(shí)對(duì)應(yīng)的“esr”值，然后計(jì)算出irms流過(guò)時(shí)電容產(chǎn)生的“功率損耗（ploss）”。若irms由多次諧波構(gòu)成，則需計(jì)算每次諧波產(chǎn)生的功率損耗并依次相加。電容繞組熱點(diǎn)至環(huán)境溫度的

10、“熱阻值”可以在熱阻矩陣查出，由此可以計(jì)算出實(shí)際“熱點(diǎn)溫度(th)”，若此實(shí)際值與先前選取esr值時(shí)的假設(shè)值th不符，則需修正假設(shè)，重新查出esr值，重復(fù)疊代計(jì)算，直至結(jié)果吻合。得到正確的th值后，就可利用下述公式很容易計(jì)算出電容工作壽命。2.5 電解電容的失效防范電容器在過(guò)壓狀態(tài)下容易被擊穿，而實(shí)際應(yīng)用中的瞬時(shí)高電壓是經(jīng)常出現(xiàn)的。ur額定電壓us浪涌電壓，1000個(gè)周期，無(wú)載330秒，帶載30秒 (us一般為110%115%倍ur)ut瞬態(tài)高電壓lc濾波器中，開(kāi)關(guān)動(dòng)作時(shí)，也可能產(chǎn)生瞬時(shí)過(guò)電壓。該瞬時(shí)過(guò)電壓會(huì)對(duì)電容產(chǎn)生“過(guò)沖擊”采用半導(dǎo)體元件的軟開(kāi)關(guān)技術(shù)可有效地防止瞬時(shí)過(guò)電壓。整流器前的濾波器

11、可濾除一些高速瞬時(shí)高壓，但不可能全部。如果鋁電解電容器的正負(fù)極連接錯(cuò)誤，只需很短的時(shí)間就會(huì)造成電容器的損壞。因此為避免類似的連接錯(cuò)誤，電容器上正極會(huì)旋轉(zhuǎn)90°。超出額定值的電流會(huì)造成電容內(nèi)部溫升過(guò)高，而縮短其工作壽命。但如果紋波電流的持續(xù)時(shí)間與熱傳導(dǎo)時(shí)間常數(shù)相比更短，則不會(huì)對(duì)電容造成損害。電容內(nèi)部的熱點(diǎn)溫度決定了電容器的工作壽命。可使用溫度傳感器測(cè)量電容工作時(shí)的內(nèi)部溫升。（溫度傳感器須直接接觸電容鋁殼）對(duì)于螺栓端連接鋁電解電容器，可在電容內(nèi)部插入熱偶的方法測(cè)量。3 片式鉭電容3.1 電性能及術(shù)語(yǔ)解釋3.1.1 標(biāo)稱電容量（cr） 這是標(biāo)稱額定電容量，對(duì)鉭電容器來(lái)說(shuō)， 20用測(cè)量電橋測(cè)

12、量等效串聯(lián)電路的電容量。3.1.2 電容量偏差這是實(shí)際電容量值所允許的變化。3.1.3 電容量與溫度的關(guān)系（曲線） 鉭電容器的電容量隨溫度變化。該變化自身與額定電壓和電容器的大小有點(diǎn)關(guān)系。 電容量與溫度%電容量150-15 -25 0 25 50 75 100 125溫度（）3.1.4 電容量與頻率的關(guān)系（曲線）頻率增加則電容量減少。超過(guò)100khz，電容量繼續(xù)下降達(dá)到諧振（典型的介于0.55mhz）。超過(guò)諧振頻率。 電容量（f） 1000 10000 100000 1000000 頻率（hz） 3.1.5 直流額定電壓（vr）這是85持續(xù)施加的直流額定電壓。3.1.6 類別電壓（vc） 這是

13、可施加到電容器上的最大電壓。在85時(shí)它等于額定電壓，超過(guò)該溫度，它將呈直線下降，在125達(dá)到vr的2/3。最大類別電壓與溫度 %額定電壓10090 7050 75 95 115 溫度（） 3.1.7 浪涌電壓（vs）用最小串聯(lián)電阻為1千歐的電阻在電路中對(duì)電容器在短時(shí)間內(nèi)施加的最大電壓。在每小時(shí)內(nèi)每次為期30秒的浪涌電壓可達(dá)10次。在電路設(shè)計(jì)中，浪涌電路不能作為參數(shù)使用，在常規(guī)操作中，電容器要定期充電、放電。85125額定電壓(vr)浪涌電壓(vs)降額電壓(vc)浪涌電壓(vs)46.31016202535505.281320263246652.747.010131723323.2581216

14、2028403.1.8 浪涌效應(yīng) 固體鉭電容器承受浪涌電壓和浪涌電流的能力有限。這和其它電容器有共同之處，因?yàn)橥ㄟ^(guò)電介質(zhì)的電場(chǎng)強(qiáng)度很大。例如一個(gè)25v的電容器在額定電壓下操作時(shí)就具備147kv/mm的電場(chǎng)強(qiáng)度。 確保電壓通過(guò)電容器引出端時(shí)不超過(guò)規(guī)定的標(biāo)稱額定浪涌電壓是相當(dāng)重要的。在低阻抗線路中，電容器易受到浪涌電壓的應(yīng)力。降低電容器額定電壓的50%或更多，可增加元件的可靠性。在需承受快速充電和放電的電路中，我們推薦1/v的保護(hù)電阻。如果可能的話，應(yīng)使用達(dá)到70%的降額度。作為一個(gè)單獨(dú)的電容器，在這種情況下則需要比原有更高的電壓。應(yīng)使用串聯(lián)的方法以提高電容器的工作電壓：如兩個(gè)22f 50v的元件

15、串聯(lián)等效于一個(gè)11f 50v的元件。3.1.9 反向電壓 提供的數(shù)值是隨時(shí)出現(xiàn)在電容器上的反向電壓的最大值。此類限制是以假設(shè)電容器在正確的方向極化為條件的。連續(xù)施加反向電壓而無(wú)正常的極化將導(dǎo)致漏電流變差。連續(xù)施加反向電壓的情況可能出現(xiàn)在有陰極引出端相連的對(duì)頭拼接結(jié)構(gòu)的兩個(gè)相似的電容器上。在大多數(shù)情況下這種組合的容量只有其中一只的標(biāo)稱容量的一半在分離脈沖或最初的幾次循環(huán)下，容量可接近標(biāo)稱值。 設(shè)計(jì)反向額定電壓是用于控制偶爾出現(xiàn)的極性偏差。提供的數(shù)值不用于控制連續(xù)的反向操作。 施加到電容器的反向電壓的峰值不能超過(guò)： 25，最大值為1.0v時(shí)，不超過(guò)額定直流工作電壓的10%； 85，最大值為0.5v

16、時(shí)，不超過(guò)額定直流工作電壓的3%； 125，最大值為0.1v時(shí)，不超過(guò)類別直流工作電壓的1%。3.1.10 疊加交流電壓（vr.m.s）紋波電壓 這是交流電壓的最大均平方根值，疊加于直流電壓上，可施加于電容器上。直流電壓值及疊加交流電壓的峰值不能超過(guò)類別電壓vc。3.1.11 形成電壓這是陽(yáng)極氧化形成時(shí)的電壓。對(duì)鉭電容器來(lái)說(shuō)，該氧化層的厚度與形成電壓成比例，是設(shè)置額定電壓的一個(gè)因素。3.1.12 損耗因素?fù)p耗因素是用來(lái)測(cè)量損耗角正切，用百分比加以表示。用提供0.5vpk-pk120hz正弦訊號(hào)，無(wú)諧振，且最大偏壓為2.2vdc的測(cè)量電橋，可測(cè)出損耗因素。損耗因素值與溫度、頻率有關(guān)系。3.1.1

17、3 損耗角正切（tan）這是用來(lái)測(cè)量電容器能量損失的。在規(guī)定頻率的正弦電壓下，所消耗的有功功率與無(wú)功功率的比值稱為損耗角正切。常用的術(shù)語(yǔ)還有功率因素，損耗因素和介質(zhì)損耗。余弦（90-）是功率因素。用提供0.5vpk-pk 120hz正弦訊號(hào)、無(wú)諧振，且最大偏壓為2.2vdc的測(cè)量電橋可測(cè)出損耗角正切。3.1.14 損耗因素與頻率的關(guān)系如圖所示損耗因素隨頻率而提高： 損耗因素與頻率損耗因素 0 1 10 100 頻率（hz）3.1.15 損耗因素與溫度的關(guān)系如圖所示，損耗因素隨溫度變化而變化。 損耗因素與溫度 損耗因素 1.8 1.4 1 0.8 -55 -5 0 45 95 溫度（）3.1.1

18、6 阻抗z在規(guī)定頻率下電壓與電流之比。影響鉭電容器的阻抗有三個(gè)因素：mno2半導(dǎo)體層的電阻、電容量值以及電極和引線的電感。引線的電感在高頻時(shí)成為限制因素。這三個(gè)因素的溫度和頻率特征決定了阻抗z的特征。阻抗應(yīng)在20和100khz進(jìn)行測(cè)量。3.1.17 等效串聯(lián)電阻esr等效串聯(lián)電阻esr發(fā)生在電容器各種實(shí)際應(yīng)用形式上。這是由幾種不同機(jī)理產(chǎn)生的，包括元件的電阻和接觸電阻，介質(zhì)內(nèi)的缺陷產(chǎn)生的旁路電流電阻。這些電阻都作為電容器的esr來(lái)考慮。esr值及頻率有關(guān)系，用下式來(lái)計(jì)算： esr=tan/2f c式中f為頻率（用hz表示），c為容量（用法拉表示）esr在20，100khz進(jìn)行測(cè)量。對(duì)于阻抗來(lái)說(shuō)，

19、esr是起作用的因素之一，在高頻時(shí)（100khz以上）它成為決定性因素。因此esr和阻抗幾乎等同，阻抗只是略高一點(diǎn)。3.1.18 阻抗、esr與頻率的關(guān)系 esr和阻抗均隨頻率的增加而增加。在低頻時(shí)，數(shù)值因輔助因素對(duì)阻抗的作用增加而下降（由于電容器的電抗）。超過(guò)1mhz（超出電容器的諧振點(diǎn)），阻抗因電容器的電感而再次上升。esr與頻率 esr 4 2 0 0.1 1 10 100 1000頻率（khz） 阻抗與頻率 阻抗 100 10 1 0.1 0.1 1 10 100 1000頻率（khz）3.1.19 阻抗、esr與溫度的關(guān)系 如圖所示，在100khz時(shí)，阻抗和esr表現(xiàn)一致，隨溫度增加

20、而下降。 100khz esr與溫度esr變化 -55 -40 -20 0 20 40 60 80 100 125溫度（）3.1.20 直流漏電流漏電流與施加的電壓，加壓時(shí)間和所處的環(huán)境溫度有關(guān)。應(yīng)在20時(shí)施加額定電壓測(cè)量。在測(cè)量電路中電容器串聯(lián)一個(gè)1000歐的保護(hù)電阻。施加額定電壓后3至5分鐘，漏電流不得超過(guò)標(biāo)稱表中的規(guī)定值。這些是以0.01cv或0.5a（取大者）為基礎(chǔ)的。3.1.21 漏電流與溫度的關(guān)系 如圖所示，漏電流隨溫度的提高而增大。在85至125操作時(shí)，最大工作電壓（vmax）必須降額使用，可按下式計(jì)算：vmax=（1-（t-85）/125）×vr（伏）其中，t為要求的

21、工作溫度。漏電流與溫度 i/ir20 10 1 0.1 -55 0 40 80 125 溫度（）3.1.22 漏電流與電壓的關(guān)系當(dāng)施加降額電壓時(shí)，漏電流迅速降低到與額定電壓vr相對(duì)應(yīng)的值以下。漏電流的降壓效果見(jiàn)圖。這也有助于提高產(chǎn)品應(yīng)用的可靠性。詳細(xì)情況見(jiàn)3.1。 漏電流與額定電壓 i/ivr 1 0.1 范圍 0.01 0 20 40 60 80 100 額定電壓（vr）%3.1.23 紋波電流對(duì)于給定溫度上升超過(guò)環(huán)境溫度，所允許的最大紋波電流來(lái)自于功率耗散限制。3.2 交流操作、紋波電壓和紋波電流在交流應(yīng)用中，電容器內(nèi)不論是交流信號(hào)元件（視信號(hào)形式，振幅和頻率而定），還是直流漏電流都要產(chǎn)生

22、熱。實(shí)際上第二個(gè)因素并不重要。電容器的實(shí)際損耗功率可用下式計(jì)算： p=i2r 或變形為i= （p/r） （方程式） p=e2r/z2其中，i=均平方根紋波電流，安培r=等效串聯(lián)電阻，歐姆e=均平方根紋波電壓，伏p=損耗功率，瓦特z=阻抗，歐姆，考慮頻率 最大交流紋波電壓（emax） 從前一個(gè)方程式可得： emax=z（p/r） 方程式2其中p是最大允許耗散功率（見(jiàn)下表），但必須確保以下二點(diǎn)：1. 電容器的直流工作電壓不能超過(guò)所施加的交流電壓的正向峰值和直流偏壓。2. 施加的直流偏壓值和交流電壓的反向峰值不能允許電壓反向超過(guò)“反向電壓”。以前的紋波計(jì)算： 以前的紋波電流和紋波電壓是用以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)

23、所取得的功率損失，來(lái)加以計(jì)算的，該功率損失要求電容器本體在大氣中其溫度比室溫提高10，這些數(shù)值可見(jiàn)表1。方程式1和2分別允許有最大紋波電流和最大紋波電壓。片式鉭電容器的熱傳導(dǎo)變化很大程度上視其安裝方法而定。 表1：功率損失標(biāo)稱（在大氣中）系列模壓片式鉭 系列模壓片式鉭紋波電流的溫度糾正因素tempfactor+251.0+550.95+850.90+1250.40殼號(hào)最大功率損失wa0.075b0.085c0.110d(e) 0.150 對(duì)于電容器來(lái)說(shuō)溫度的上升可用紅外線探測(cè)器測(cè)出。這就確保了通過(guò)固定在電容器表面的任何熱電偶時(shí)都不會(huì)有熱量損失。 c、d殼的結(jié)果 溫升（） cd(e) 0 0.2

24、 0.4 功率w幾種電容器的測(cè)試結(jié)果如上圖所示。所有的電容器都在fr4枚上測(cè)量，沒(méi)有其他的散熱。在1khz至1mhz的不同頻率提供紋波（電流/電壓）。如上圖所示，c號(hào)殼電容器的平均最大功率（pmax）為0.11瓦。這和表1中所列舉的數(shù)值相同。d號(hào)殼電容器的平均pmax值偽0.125瓦，這比表1中的值0.025瓦要低一些。如果考慮到電容器esr及頻率，從圖1就可看出有變化。因此對(duì)于指定的紋波電流來(lái)說(shuō)，損耗的功率隨頻率而變化。這一點(diǎn)從圖2中可清楚地看出，元件表面的溫度在1mhz時(shí)比在100khz時(shí)上升得多。下圖就是關(guān)于esr隨頻率變化的情況。對(duì)100khz和1mhz正弦波輸入量時(shí)的紋波電流與溫度對(duì)

25、比情況。 esr與頻率 esr 1 0.1 0 100 1000 10000 100000 1000000頻率（hz） 溫升() 60 1000khz 40 1mhz 20 0 0.0 0.6 1.2 有效值電流(amps) 如果把i2r繪成圖，就如看出兩條線實(shí)際上是重合的。如下圖所示。溫升() 60 40 20 0 0.00 0.20 0.40 fr 舉例：鉭電容器做濾波用，要求能夠應(yīng)付峰值為2安的、200khz矩形波的電流。矩形波是正弦波的無(wú)窮級(jí)數(shù)在矩形波基本頻率的奇次諧波的總和。相關(guān)的方程式為：i方=ipksin(2f)+ipksin(6f)+ipksin(10f)+ipksin(14f

26、)+頻率電流全幅值a有效值電流a200khz600khz1mhz1.4mhz2.0000.6670.4000.2860.7070.2360.1410.101讓我們假設(shè)該電容器是6v68f，可測(cè)出esr。頻率esr 歐功率w200khz600khz1mhz1.4mhz0.1200.1150.0900.1000.0600.0060.0020.001總的功率損失為0.069瓦。從前而圖中d號(hào)殼的結(jié)果可看出，該功率可導(dǎo)致電容器表面溫度上升約5。2.2 熱控制 紋波電流造成功率消耗而使電容器發(fā)熱。該熱量等于i2r，其中i為給定頻率的有效值電流，r為相同頻率時(shí)的esr。熱量由外表面?zhèn)魅?。從該點(diǎn)傳入的效果如

27、何視熱控制而定。 在2.1中給出了功率損失（消耗）標(biāo)稱值。如果充分散熱或強(qiáng)行制冷就可接近該標(biāo)稱值。實(shí)際上，在無(wú)特殊的熱控制高密度裝配單元，要求高與周圍溫度10的功率損耗可能達(dá)到接近10倍。在這種情況下應(yīng)規(guī)定電容器的實(shí)際溫度（用熱電偶探測(cè)器或紅外線掃描儀都行），如果超過(guò)以上極限則有必要指定一個(gè)低esr的元件或教高的額定電壓。 片式安裝的熱損耗熱阻抗曲線圖 c號(hào)殼 電容器本體 236cw 121cw 73cw120100 80 60 40 20 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 功率、直流瓦 紋波電流測(cè)試的結(jié)果樹(shù)

28、脂本體3.3 可靠性和失效率計(jì)算3.3.1 穩(wěn)態(tài) 鉭電介質(zhì)基本上無(wú)磨損機(jī)理，在某些情況下還有一定的自愈作用。然而在操作中可能出現(xiàn)不規(guī)則的失效。鉭電容器的失效率會(huì)隨時(shí)間而降低，而不會(huì)象其它電解電容器和其它電子元件那樣增高。圖1 鉭可靠性曲線 初期失效率無(wú)窮使用壽命 使用壽命可靠性受到電壓下降、溫度和串聯(lián)電阻的影響。使用壽命的可靠性受三個(gè)因素的影響?？捎?jì)算出失效率的方程如下： f=fu ×ft× fr×fb其中fu是工作電壓/降額電壓引起的糾正因素。 ft是操作溫度所引起的糾正因素。 fr是電路的串聯(lián)電阻引起的糾正因素。 fb是基本失效率等級(jí)。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)鉭產(chǎn)品來(lái)說(shuō)是1%/

29、1000小時(shí)。基本失效率標(biāo)準(zhǔn)鉭產(chǎn)品在額定電壓、標(biāo)稱溫度和0.1歐/伏電路阻抗與m級(jí)可靠性一致（即：1%/1000小時(shí)）。這就是我們所知道的基本失效率fb，用于計(jì)算操作可靠性。改變失效率的操作環(huán)境的結(jié)果在 頁(yè)有說(shuō)明。工作電壓/降額電壓如果電容器所具備的電壓級(jí)別高于所使用的電壓上限，則可提高操作可靠性。這就是所謂壓額電壓。圖2a，就說(shuō)明了降額電壓（施加電壓和額定電壓間的比例）與失效率之間的關(guān)系。圖中給出了任何工作電壓的糾正因素fu。 圖2a 降額電壓對(duì)失效率f的糾正因素（60%） 糾正因素 1.0 0.01 0.0001 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 施加電壓/額定電壓 圖2b 我們

30、推薦的降額電壓 工作電壓v40 一般電路中的 20 規(guī)定范圍 低阻抗電路中 的規(guī)定范圍 0 4 10 20 50額定電壓v 圖2c 作為電路阻抗中的推薦降額電壓工作電壓/額定電壓1.0 0.5 推薦范圍 0 0.01 1.0 100 10000電路阻抗（0hm/v）工作溫度 如果電容器的工作溫度低于標(biāo)稱溫度，則工作可靠性會(huì)提高，見(jiàn)圖3。該圖給出了任何溫度下工作時(shí)的糾正因素。 圖3 環(huán)境溫度對(duì)失效率f的糾正因素（60%置信度） 糾正因素 100 1.0 0.01 20 40 60 80 100 120 溫度電路阻抗所有固體鉭電容器都需要限流電阻以保護(hù)介質(zhì)免手浪涌電壓的破壞。我們推薦使用串聯(lián)電阻。

31、較低的電路阻抗可導(dǎo)致失效率的提高，尤其是當(dāng)溫度高于20。導(dǎo)電低阻抗電路可能對(duì)電容器施加浪涌電壓，非導(dǎo)電電路可能對(duì)電容器施加浪涌電流，導(dǎo)致局部過(guò)熱和失效。推薦的阻抗為1歐1伏。如不適用的話，應(yīng)使用相應(yīng)的降額電壓（見(jiàn)mil手冊(cè)217e）。圖4就說(shuō)明了對(duì)于提高串聯(lián)電阻來(lái)說(shuō)的糾正因素fr。 圖4 對(duì)于串聯(lián)電阻r來(lái)說(shuō)就基礎(chǔ)fr方面，對(duì)失效率f的糾正措施（60%置信度） 電路電阻 歐/伏fr3.02.01.00.80.60.40.20.10.070.10.20.30.40.60.81.0對(duì)于低于0.10hm/v的電路阻抗，或者飛行任務(wù)的關(guān)鍵應(yīng)用上，應(yīng)考慮電路保護(hù)問(wèn)題。理想的解決方法是采用avx表面安裝技術(shù)

32、薄膜保險(xiǎn)絲串聯(lián)。計(jì)算舉例：假設(shè)一個(gè)12v的電源線。設(shè)計(jì)者需要容量約為10f的電容器來(lái)充當(dāng)視頻帶寬放大器附近的去耦電容器。因此電路的阻抗僅受電路板電源設(shè)備輸出阻抗和印制線電阻的限制。讓我們假設(shè)它最小為2歐，即0.167歐/伏，工作溫度范圍為-2585。如果計(jì)算10f 16v的電容器，其工作失效率如下：a ft=1.085b fr=0.850.167歐/伏c(diǎn) fu=0.08施加電壓/額定電壓=75%d fb=1%1000小時(shí)，基本失效率等級(jí)因此換用20v的電容器，工作失效率變化如下：fu=0.018施加電壓/額定電壓=60%f=1.0 0.85 0.018 1=0.0153%/1000小時(shí)3.3.

33、2 動(dòng)態(tài)固體鉭電容器耐浪涌電壓和浪涌電流的能力有限。上述浪涌電流會(huì)導(dǎo)致電容器失效，其失效率不能象穩(wěn)態(tài)可靠性那樣通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的公式計(jì)算出來(lái)。大家知道，由電路設(shè)計(jì)師所控制的用來(lái)減少失效發(fā)生率的兩個(gè)參數(shù)是降額和串聯(lián)電阻。 下表總結(jié)出不對(duì)電容器施加壓額電壓，即施加額定電壓的結(jié)果。 施加降額電壓的實(shí)驗(yàn)結(jié)果容量和電壓試驗(yàn)個(gè)數(shù)施加50%降額不降額47f 16v1,547,5870.03%1.1%100f 10v632,8760.01%0.5%22f 25v2,256,2580.05%0.3%從實(shí)驗(yàn)結(jié)果我們可清楚地看出，施加的降額幅度越大，發(fā)生浪涌失效的可能越小。必須記注的是該結(jié)果是由高效加速浪涌試驗(yàn)機(jī)測(cè)試而

34、來(lái)，以百萬(wàn)分之幾來(lái)計(jì)算的低失效率可適合于終端客戶。通常大家都會(huì)有個(gè)錯(cuò)誤的概念，即鉭電容器的漏電流可預(yù)測(cè)出浪涌電壓的失效率。用47f 10v表面安裝電容器針對(duì)不同漏電流所做的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可推翻這一點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)下表。 漏電流與浪涌失效率的數(shù)量試驗(yàn)數(shù)浪涌失效數(shù)標(biāo)稱漏電流范圍0.1a1a10,00025超出目錄限制5a50a10,00026歸入短路類50a500a10,00025再次重申，大家必須記住的是該結(jié)果由高頻加速浪涌試驗(yàn)機(jī)測(cè)試而來(lái)，以百萬(wàn)分之幾來(lái)計(jì)算的低失效率更適用于終端用戶。 推薦降額表降額電壓工作電壓3.36.351010201225153524串聯(lián)組合(11)假設(shè)一個(gè)6.3伏的電容器降額到

35、5伏使用。鉭電容器的穩(wěn)態(tài)可靠性受三個(gè)參數(shù)的影響：溫度、串聯(lián)電阻和降額電壓。再40和串聯(lián)電阻為0.1歐/伏的情況下，電容器的可靠性為： 失效率：=fu×ft ×fr× 1%/1000小時(shí) =0.15×0.1×1×1%/1000小時(shí) =0.015%/1000小時(shí)如果用一個(gè)10伏的電容器來(lái)代替，則換算系數(shù)為0.006，穩(wěn)定可靠性則為： 失效率 =fu×ft ×fr ×1%/1000小時(shí) =0.006×0.1×1×1%/1000小時(shí) =6×10-4%1000小時(shí)3.4 鉭電

36、容器的安裝焊接方式和主板安裝焊接溫度和時(shí)間控制到最低有助于連接。對(duì)于波焊來(lái)說(shuō)合適的結(jié)合為230250，3至5秒。下圖表明了氣相以及紅外線再流焊溫度，并被設(shè)計(jì)來(lái)確保電容器內(nèi)部溫度不超過(guò)220。預(yù)熱方式根據(jù)所使用的再流焊設(shè)備而有所變化，時(shí)間和溫度的最大值為10分鐘和150。再流焊后可能立即發(fā)現(xiàn)小的參數(shù)變化，在電性能試驗(yàn)前元件應(yīng)在室溫下穩(wěn)定。 紅外線再流焊結(jié)合溫度時(shí)間 最大值的允許范圍 溫度() 260 250 240230220210 0 15 30 45 60時(shí)間(秒)推薦范圍 允許范圍 危險(xiǎn)范圍 用再流焊和波峰焊。 波焊結(jié)合溫度/時(shí)間 最大值的允許范圍 溫度()2702602502402302

37、20210200 0 2 4 6 8 10 12焊接時(shí)間(秒)預(yù)熱允許范圍 謹(jǐn)慎允許范圍 危險(xiǎn)范圍 紅外線再流焊：允許基片均勻加熱的額外加熱時(shí)間元件焊接區(qū)溫度 組件不再加熱，不強(qiáng)行冷卻240186焊接熔化溫度120200 1 2 3 4 5 時(shí)間（分） 焊接熔點(diǎn)均熱時(shí)間 1）激活焊劑 2）允許主板中心溫度跟上邊緣溫度組件進(jìn)入預(yù)熱區(qū) 推薦斜率低于2/秒波焊：3-5秒溫度（）240200100 - 150最大160自然冷卻120波80見(jiàn)相近的產(chǎn)品規(guī)范400 100 110 120無(wú)鉛方案 引出端可與下列無(wú)鉛焊膏兼容：sncu、sncuag及sncuagbi。它也可與現(xiàn)有snpb焊膏/設(shè)備兼容。推薦

38、的紅外線再流焊圖如下： 無(wú)鉛再流焊圖 300250150100 500 0 50 100 150 200 250 300預(yù)熱：150±15/60-90秒最大斜率：2.5c/秒 峰值溫度：240±5c大于230c的時(shí)間：最多40秒3.5 電容器的機(jī)械性能和熱性能5.1 加速 98.1m/s2（10g）5.2 振動(dòng)頻率 102000hz，0.75mm， 98.1m/s2（10g）5.3 沖擊 不規(guī)則四邊形脈沖，6ms， 98.1m/s25.4 基片粘接 iec384-3。最小5n。5.5 耐基片彎折 元件的柔性引線可減少電容器基片彎折所帶來(lái)的壓力。5.6 焊接方式 只有焊接溫度

39、270，焊接時(shí)間3秒，電路板厚度1.0mm，允許浸焊。5.7 安裝說(shuō)明 即使在安裝電容器時(shí)是處于最差狀況，也不允許超過(guò)溫度上限（電容器表面溫度的最大值）。尤其是在輻射熱很強(qiáng)的附近測(cè)定時(shí)更要考慮這一點(diǎn)。此外還應(yīng)注意，在彎折引線時(shí)，彎折力不能使電容器外殼變形。5.8 安裝位置 無(wú)限制。5.9 焊接說(shuō)明 不能使用含酸的焊劑。5.10 印刷電路板的情況 鉭電容器和大多數(shù)印制板清洗設(shè)備兼容。如進(jìn)行帶水清洗，試驗(yàn)前應(yīng)允許元件被烘干。如使用超聲波，功率不應(yīng)低于10w/升。還須注意避免振動(dòng)點(diǎn)。4 陶瓷貼片電容4.1 陶瓷電容特性及與其它電容對(duì)比從封裝形式來(lái)說(shuō)陶瓷電容有引線和smd型，模塊電源中一般為smd型，

40、下面均指smd型。按介質(zhì)材料來(lái)分，陶瓷電容可分兩大類：i類介質(zhì)和ii類介質(zhì)。i類介質(zhì)主要有鈦酸鹽構(gòu)成，但鈦酸鋇不是主要成分，特點(diǎn)是介電系數(shù)低，構(gòu)成的電容器容量小，但電性能穩(wěn)定，沒(méi)有隨時(shí)間老化的特性，電容量隨溫度、電壓、頻率變化小，絕緣電阻高，損耗?。╭值高）。最常見(jiàn)的i類介質(zhì)電容是cog（npo）型溫度補(bǔ)償電容（可小于正負(fù)30 ppm/）。ii類介質(zhì)一般有鈦酸鋇組成，最常用的是x7r和y5v型。ii類介質(zhì)相對(duì)i類介質(zhì)來(lái)說(shuō)介電系數(shù)大得多，因此可以做出大容量電容，特點(diǎn)是容量隨溫度、電壓、頻率變化大，絕緣電阻低，損耗大。常用的x7r等類別代號(hào)是由eia給出的（electronic industrie

41、s association），ii類介質(zhì)代號(hào)含義如下表。第一位代表工作溫度范圍下限，第二位代表工作溫度上限，第三位則代表在工作溫度范圍內(nèi)容值的變化?？梢钥闯鰖5u介質(zhì)特性介于x7r和y5v之間。表1、ii類介質(zhì)類型及其溫度特性陶瓷電容的容量/體積比比不上鋁電解電容，更比不上鉭電容。鉭電容在e型封裝里最大可以做到1000uf 4v，片式陶瓷電容在廠家資料中有100uf的產(chǎn)品，但一般說(shuō)來(lái)容量大于22uf的產(chǎn)品產(chǎn)量少，不易采購(gòu)，體積大于1210封裝的陶瓷電容的裝配焊接難度也更大，容易出現(xiàn)故障。引線框架型陶瓷電容可以獲得較大容量，但由于生產(chǎn)廠家少，價(jià)格昂貴，且同樣容易出現(xiàn)可靠性問(wèn)題。4.2 應(yīng)用領(lǐng)域4

42、.2.1 時(shí)鐘電路電容、補(bǔ)償電路電容 cog類型陶瓷電容穩(wěn)定性好，容值隨時(shí)間、溫度、直流偏壓、工作頻率改變小，適合于精度要求一般的時(shí)鐘電路。x7r乃至y5v之類的ii類介質(zhì)陶瓷電容不適合用作時(shí)鐘電路電容。時(shí)間常數(shù)很大的場(chǎng)合有時(shí)會(huì)用到電解電容，這樣的情況在模塊電源中不會(huì)碰到。反饋補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)中的電容一般可以選擇c0g和x7r類型電容。使用y5v類型時(shí)在不同工作溫度下容值變化太大，導(dǎo)致補(bǔ)償零、極點(diǎn)位置變動(dòng)大，容易導(dǎo)致模塊工作不穩(wěn)定。. 4.2.2 退耦電容 用于單ic的退耦時(shí)，陶瓷電容優(yōu)于鉭電容，前者的esr 、esl比后者小，高頻響應(yīng)更好，在維持同樣的電壓時(shí)陶瓷電容需要的容值比鉭電容小。聚合物電解電

43、容的esr一般大大小于普通低esr鉭電容，但其esl還是要大于陶瓷電容。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮當(dāng)溫度升高、加有直流偏壓時(shí)陶瓷電容的容值會(huì)下降（這一點(diǎn)鉭電容由于陶瓷電容），特別是y5v和z5u類型的陶瓷電容。當(dāng)要求的退耦電容容值較大時(shí)，使用鉭電容還是比較節(jié)省空間和成本的。4.2.3 濾波電容用于濾波時(shí)應(yīng)針對(duì)不同頻率來(lái)考慮。鉭電容由于容值較大，在低于數(shù)百khz的頻率下阻抗小，濾波效果好；陶瓷電容則適合于更高頻率的濾波。對(duì)于陶瓷電容也要考慮溫度、直流偏壓對(duì)容值的影響。鉭電容則應(yīng)考慮溫度對(duì)esr的影響。聚合物電解電容是比較合適的選擇。x5r和y5v的陶瓷電容容量可以做到很大，適合用作輸出濾波。由于x5r的工作上限溫度和y5v一樣，下限溫度比y5v低，且容值的溫度穩(wěn)定性好得多（±10），在工作電壓下容量變化也小得多，更適合用作濾波電容。太陽(yáng)誘電陶瓷電容中1210封裝x5r電容容值最大有47uf 6.3v(型號(hào)為jmk325bj476mm，df值為10，可以計(jì)計(jì)算出300khz下esr為1.1m)和22uf 16v（型號(hào)為emk325bj226mm，df值為5，可以計(jì)算出在300khz下esr為1.