電容基礎(chǔ)知識(shí)和選用規(guī)則

電容基礎(chǔ)知識(shí)和選用規(guī)則第一頁(yè)，共二十八頁(yè)?？煽啃栽O(shè)計(jì)的目的可靠性設(shè)計(jì)是為了在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用過(guò)程中挖掘和確定隱患，并采取設(shè)計(jì)預(yù)防和設(shè)計(jì)改進(jìn)措施，有效地消除隱患。從而形成產(chǎn)品的固有可靠性。產(chǎn)品可靠性的三個(gè)階段：設(shè)計(jì)階段、生產(chǎn)制造和使用過(guò)程。第二頁(yè)，共二十八頁(yè)。電容知識(shí)和選用規(guī)則一、電容分類二、電容器器件簡(jiǎn)介三、工作區(qū)、產(chǎn)品額定工作點(diǎn)的定義四、規(guī)則五、電容器器件選擇要點(diǎn)第三頁(yè)，共二十八頁(yè)。一、電容分類非固體鋁電解電容器固體鉭電解電容器金屬化薄膜電容器

一般的金屬化薄膜電容器安規(guī)電容陶瓷電容器I類瓷介電容器（NP0、SL）II類瓷介電容器III型介質(zhì)陶瓷電容器磁性瓷陶瓷電容器第四頁(yè)，共二十八頁(yè)。二、電容器器件簡(jiǎn)介1.非固體鋁電解電容器介紹非固體鋁電解電容器的工作介質(zhì)是在金屬鋁極箔表面用電解法生成的一層金屬氧化物──三氧化二鋁（Al2O3），之所以稱為非固體，是因?yàn)殇X電容器的負(fù)極是由液體（也稱作電解液）充當(dāng)?shù)?。鋁電解電容器的結(jié)構(gòu)圖如下：第五頁(yè)，共二十八頁(yè)。鋁電解電容器在電路中主要起濾波、隔直、穩(wěn)壓的作用，實(shí)際制造出來(lái)的電容器在電路中使用時(shí)并不是理想的元件，含有ESR和ESL，其等效電路圖如下：ESR的存在是電容器工作時(shí)發(fā)熱的最主要原因，它不但決定了流過(guò)電容器的紋波電流的大小，更是影響電容器實(shí)際使用壽命的重要因素。鋁電解電容器的芯子是卷繞而成的，所以有ESL的存在，它決定了鋁電解電容器工作頻率不能太高，否則就沒(méi)有濾波效果，鋁電解的工作頻率一般在幾十Hz~~100KHz。鋁電解電容器是有極性的，在應(yīng)用時(shí)絕不能反接。1.非固體鋁電解電容器介紹第六頁(yè)，共二十八頁(yè)。

1.非固體鋁電解電容器介紹

相對(duì)于其它阻容器件來(lái)講，鋁電解電容器因含有液體作負(fù)極材料，所以失效率相對(duì)較高，且有嚴(yán)格的壽命要求，這在設(shè)計(jì)選型時(shí)需考慮。鋁電解常見的失效模式有：短路，開路，電參數(shù)性能劣化，防爆閥開裂，漏液。從鋁電解電容器應(yīng)用過(guò)程中的失效原因看，主要有以下三種：◆電應(yīng)力引起的失效；◆熱應(yīng)力引起的失效；◆機(jī)械應(yīng)力引起的失效；第七頁(yè)，共二十八頁(yè)。2、固體鉭電容器鉭電容器是以鉭金屬作陽(yáng)極，鉭金屬氧化物（Ta2O5）作介質(zhì)，以MnO2或?qū)щ娋酆衔镒麝帢O的電容器。固體鉭電容器的制造工序是：先將金屬鉭粉壓制成型，通過(guò)高溫?zé)Y(jié)制成陽(yáng)極體，將陽(yáng)極體通過(guò)陽(yáng)極氧化工藝形成Ta2O5介質(zhì)，再經(jīng)過(guò)被覆工藝引出MnO2陰極，裹石墨、銀漿料，最后包封環(huán)氧樹酯。鉭電容器是目前世界上比容最大的電容器。第八頁(yè)，共二十八頁(yè)。

高的工作電壓直接擊穿Ta2O5介質(zhì)，導(dǎo)致短路失效；高的環(huán)境溫度導(dǎo)致電容器失效，紋波電流是發(fā)熱的根本原因，必須限制；較高的工作電壓，較高的環(huán)境溫度的雙重作用，造成局部Ta2O5介質(zhì)膜晶化，導(dǎo)致?lián)舸?。反向電壓直接破壞Ta2O5介質(zhì)，導(dǎo)致電容器失效過(guò)大的沖擊電流，使鉭電容器喪失自愈能力，導(dǎo)致開，關(guān)機(jī)過(guò)程鉭電容器失效。因此，選擇工作電壓，反向電壓，殼溫，紋波電流，沖擊電流作為降額考核點(diǎn)。2、固體鉭電容器第九頁(yè)，共二十八頁(yè)。3、金屬化薄膜電容器薄膜電容器是以紙，塑料等薄膜材料作絕緣介質(zhì)的一類電容器。金屬化薄膜電容器是直接在聚酯膜，聚丙烯等薄膜材料上蒸鍍金屬作為電極而制成。金屬化薄膜電容器的特點(diǎn)是損耗低，溫度特性，高頻特性好，自愈能力強(qiáng)。常用的薄膜材料有聚酯膜，聚丙烯膜等。表貼電容器采用耐溫更高的聚苯硫醚薄膜。第十頁(yè)，共二十八頁(yè)。3、金屬化薄膜電容器①過(guò)高的環(huán)境溫度，直接破壞電容器介質(zhì)膜；②長(zhǎng)期的高溫環(huán)境，加速薄膜材料的老化，使器件絕緣，耐壓能力下降。③高紋波電流引起的發(fā)熱，對(duì)電容器造成同樣的破壞。因此，選擇工作電壓，環(huán)境溫度，紋波電流作為降額考核點(diǎn)。第十一頁(yè)，共二十八頁(yè)。4、陶瓷電容器陶瓷電容器是以陶瓷材料作介質(zhì)的電容器,特性主要取決于介質(zhì)特性和結(jié)構(gòu)。按介質(zhì)材料特性可分為I型介質(zhì)，II型介質(zhì)，III型介質(zhì)，磁性瓷等，常用的是I型介質(zhì)、II型介質(zhì)陶瓷電容器。I類瓷介電容器（NP0、SL）的主要特點(diǎn)是介質(zhì)損耗低，電容量對(duì)溫度，頻率，電壓和時(shí)間的穩(wěn)定性高。II類瓷介電容器（X7R、X5R、Y5U）是一種具有高介電常數(shù)的電容器，此類電容器的主要特點(diǎn)是體積小，容量大，但損耗角正切值較大，容量對(duì)溫度，頻率，電壓和時(shí)間的穩(wěn)定性比較差。從結(jié)構(gòu)上可分為單層陶瓷(引線式瓷介電容器)和多層陶瓷(引線式獨(dú)石電容器，片狀多層陶瓷電容器)。第十二頁(yè)，共二十八頁(yè)。4、陶瓷電容器陶瓷電容器常見失效模式：電致開裂、熱致開裂、機(jī)械應(yīng)力產(chǎn)生裂紋等。常見故障現(xiàn)象為絕緣電阻下降而漏導(dǎo)電流上升直至擊穿。綜合上述情況，電壓、溫度降額使用是提高電容器工作可靠性和壽命的重要手段。因此選取工作電壓V、殼溫TC為陶瓷電容器的降額考核點(diǎn)。第十三頁(yè)，共二十八頁(yè)。三、穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)工作區(qū)和額定工作點(diǎn)的定義

第十四頁(yè)，共二十八頁(yè)。1.穩(wěn)態(tài)工作區(qū)當(dāng)電源類產(chǎn)品在正常工作時(shí)，應(yīng)滿足產(chǎn)品手冊(cè)規(guī)定的如下條件：（a）按產(chǎn)品手冊(cè)規(guī)定進(jìn)行裝配。（b）輸出電壓在產(chǎn)品手冊(cè)規(guī)定變化范圍內(nèi)，輸出功率在額定最小值到最大值間。（c）輸入在產(chǎn)品手冊(cè)規(guī)定的電壓和頻率范圍內(nèi)。（d）各種環(huán)境條件如溫度和濕度等，在產(chǎn)品手冊(cè)規(guī)定的范圍內(nèi)。第十五頁(yè)，共二十八頁(yè)。如圖中陰影之外的部分均表示電源工作在非穩(wěn)態(tài)工作區(qū)（“暫態(tài)”工作區(qū)），非穩(wěn)態(tài)工作區(qū)是產(chǎn)品短時(shí)間過(guò)渡工作的區(qū)域，例如開機(jī)啟動(dòng)、輸入欠壓、OCP過(guò)流保護(hù)、OVP過(guò)壓保護(hù)、電源負(fù)載跳變（如空載到滿載，空載到短路，半載到滿載等等）、輸入跳變等。電源風(fēng)扇停轉(zhuǎn)之后，如有器件仍在工作，則也必須對(duì)器件應(yīng)力考核點(diǎn)加以考慮測(cè)試（尤其是發(fā)熱元件可能出現(xiàn)的最高溫度），該情況亦規(guī)定為電源工作在非穩(wěn)態(tài)區(qū)。可以這樣理解：非穩(wěn)態(tài)區(qū)雖然是電源工作時(shí)也將碰到的情況，但非穩(wěn)態(tài)區(qū)里面的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的則是器件短暫時(shí)間工作的點(diǎn)。2.非穩(wěn)態(tài)工作區(qū)第十六頁(yè)，共二十八頁(yè)。2.非穩(wěn)態(tài)工作區(qū)由于電源工作在非穩(wěn)態(tài)區(qū)的時(shí)間一般來(lái)說(shuō)很短，因此在此情況下器件的降額百分比不如穩(wěn)態(tài)區(qū)嚴(yán)格。但必須注意，實(shí)際情況中非穩(wěn)態(tài)區(qū)的器件應(yīng)力往往比穩(wěn)態(tài)區(qū)大得多，如果實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)疏忽了此區(qū)域的降額，則很有可能導(dǎo)致?lián)p壞（例如在開機(jī)、輸出短路等情況下的損壞，等等）。第十七頁(yè)，共二十八頁(yè)。3.額定工作點(diǎn)產(chǎn)品規(guī)格書中所規(guī)定的產(chǎn)品標(biāo)稱典型工作條件的組合主要是輸入電壓、負(fù)載、工作環(huán)境溫度等）。若產(chǎn)品規(guī)格書未指明典型工作條件，則以標(biāo)稱工作范圍的最大值代替。產(chǎn)品額定工作點(diǎn)屬于產(chǎn)品的穩(wěn)態(tài)工作區(qū)，產(chǎn)品額定工作點(diǎn)基本上代表了產(chǎn)品在市場(chǎng)上的典型運(yùn)行情況，因此在產(chǎn)品額定工作點(diǎn)下，對(duì)于某些器件來(lái)講，為了保證其低失效率，在該點(diǎn)下的降額比“穩(wěn)態(tài)工作區(qū)最壞情況”的降額要求更加嚴(yán)格。第十八頁(yè)，共二十八頁(yè)。四、規(guī)則當(dāng)討論產(chǎn)品在不同環(huán)境下的使用壽命時(shí)，一般采用“10規(guī)則”的表達(dá)方式。即當(dāng)周圍環(huán)境上升時(shí)，產(chǎn)品壽命就會(huì)減少一半，當(dāng)周圍環(huán)境溫度上升20時(shí)，產(chǎn)品壽命就會(huì)減少到1/4.這種規(guī)則可說(shuō)明溫度是如何影響產(chǎn)品的壽命的。第十九頁(yè)，共二十八頁(yè)。四、規(guī)則電容器的估計(jì)壽命用下述公式表示：其中，表示最高工作溫度下的壽命，Tmax表示最高工作溫度，Ta表示實(shí)際環(huán)境溫度。由此可見，如果環(huán)境溫度每升高10，電容器壽命將下降一半！第二十頁(yè)，共二十八頁(yè)。五、電容器器件選擇要點(diǎn)電容器的使用和選擇1.電容器的壽命與溫度關(guān)系極大，因此控制電容器的溫度是設(shè)計(jì)人員重點(diǎn)考慮的。2.當(dāng)使用電壓（尤其是紋波電壓）過(guò)高時(shí)容易產(chǎn)生熱。3.高頻時(shí)鋁電解的電容量會(huì)急劇下降，當(dāng)電容在高頻工作時(shí)會(huì)發(fā)熱。4.濾波電路應(yīng)盡量采用鋁電解電容，如果需要使用鉭電容需注意限制沖擊電流。5.鉭電容的使用壽命遠(yuǎn)高于鋁電解電容，但最高電壓不高，要注意浪涌電壓的破壞。第二十一頁(yè)，共二十八頁(yè)。五、電容器器件選擇要點(diǎn)降額使用一般來(lái)講，使用電容的額定電壓的50％，避免過(guò)壓對(duì)電容的傷害；熱設(shè)計(jì)在攝氏85度的環(huán)境下使用，建議在圖中所示的溫度數(shù)值范圍內(nèi)使用，如圖所示。第二十二頁(yè)，共二十八頁(yè)。1.非固體鋁電解電容器在穩(wěn)態(tài)、非穩(wěn)態(tài)工作區(qū)最壞應(yīng)力情況下，正向電壓（穩(wěn)態(tài)工作區(qū)），浪涌電壓（非穩(wěn)態(tài)工作區(qū)）降額必須滿足下表：第二十三頁(yè)，共二十八頁(yè)。2.固體鉭電解電容器在最壞的情況下，工作電壓V必須滿足下表：第二十四頁(yè)，共二十八頁(yè)。3.金屬化薄膜電容器一般用途的薄膜電容器，在最壞的情況下，工作電壓V必須滿足下表：

安規(guī)電容器，只要求將275VAC的安規(guī)電容器用于220VAC電壓等級(jí)的場(chǎng)合，但不具體規(guī)定降額系數(shù)。第二十五頁(yè)，共二十八頁(yè)。在最壞的情況下，通用陶瓷電容器工作電壓V必須滿足下表：最壞的情況下，安規(guī)陶瓷電容器工作電壓V必須滿足下表：

4.陶瓷電容器第二十六頁(yè)，共二十八頁(yè)。第二十七頁(yè)，共二十八頁(yè)。內(nèi)容梗概電容基礎(chǔ)知識(shí)和選用規(guī)則。相對(duì)于其它阻容器件來(lái)講，鋁電解電容器因含有液體作負(fù)極材料，所以失效率相對(duì)較高，且有嚴(yán)格的壽命要求，這在設(shè)計(jì)選型時(shí)需考慮。鉭電容器是以鉭金屬作陽(yáng)極，鉭金屬氧化物（Ta2O5）作介質(zhì)，以MnO2或?qū)щ娋酆衔镒麝帢O的電容器。鉭電容器是目前世界上比容最大的電容器。高的環(huán)境溫度導(dǎo)致電容器失效，紋波電流是發(fā)熱的根本原因，必須限制。薄膜電容器是以紙，塑料等薄膜材料作絕緣介質(zhì)的一類電容器。金屬化薄膜電容器是直接在聚酯膜，聚丙烯等薄膜材料上蒸鍍金屬作為電極而制成。金屬化薄膜電容器的特點(diǎn)是損耗低，溫度特性，高頻特性好，自愈能力強(qiáng)。常用的薄膜材料有聚酯膜，聚丙烯膜等。③高紋波電流引起的發(fā)熱，對(duì)電容器造成同樣的破壞。陶瓷電容器是以陶瓷材料作