器件原廠講解電容的特性原理課件

電容器與特性

電解電容器介紹

電容器主要參數(shù)電解電容器特性比較電容器簡介

電容器簡介

電容器（capacitor）：能夠儲存電荷(charge)的“容器”。結構：兩塊導體板中間隔以電介質(dielectric)。特性：通交流、阻直流。作用：濾波、旁路、耦合、去耦、儲能、調諧、計時、轉相、溫度補償。

工作原理如圖，為一個平板電容器，當在平板兩端加上電壓時，與電源正極相接的極板帶上正電荷，與電源負極相接的極板帶上負電荷，正極板的電勢高于負極板。我們知道，原子是由原子核與核外電子組成，呈電中性，在電場的作用下會發(fā)生極化。當我們將外接電源斷開后，正極板附近電介質帶負電，負極板附近電介質帶正電。接上負載后，由于正極板電勢高于負極板，負極板的負電荷就向正極板運動，這就是放電。極板上電荷放完后，兩個極板的電勢差為零，電場消失，電介質原子就恢復了原態(tài)。放電。極板上電荷放完后，兩個極板的電勢差為零，電場消失，電介質原子就恢復了原態(tài)。電容器的分類化學電容器：電解質作為陰極的電容器。

包括：電解液（electrolyte）、二氧化錳（MnO2）、有機半導體TCNQ、導體聚合物等。非化學電容器：以其電介質命名。

如：陶瓷、紙介、塑料薄膜、空氣、云母、半導體電容器等。按結構分為：固定電容，可變電容，微調電容。按極性分為：有極性電容和無極性電容。按電解質分：有機介質電容器、無機介質電容器、電解電容器和空氣介質電容器等。按用途分有：濾波、旁路、耦合、去耦、儲能、調諧、計時、轉相、溫度補償電容器。薄膜電容器用滌綸薄膜或聚丙烯薄膜做介質，蒸發(fā)的鋁膜做電極經(jīng)卷繞制成；無極性、電容量小、頻率特性好、溫度穩(wěn)定性好、介質損耗小、絕緣電阻高，適宜做濾波、旁路、耦合、分壓作用。電解電容器在鋁、鉭、鈮、鈦等閥金屬的表面采用陽極氧化法生成一極薄且具有單向導電性的氧化膜作為電介質，以能生成和修復介質氧化膜的液狀或固狀電解質作為陰極而構成的電容器。兩個導電極板有正負極之分。

電容器的主要參數(shù)

電容容量越大越好的誤區(qū)：

雖然電容越大，為IC提供的電流補償?shù)哪芰υ綇?。且不說電容容量的增大帶來的體積變大，增加成本的同時還影響空氣流動和散熱。關鍵在于電容上存在寄生電感，電容放電回路會在某個頻點上發(fā)生諧振。在諧振點，電容的阻抗小。因此放電回路的阻抗最小，補充能量的效果也最好。但當頻率超過諧振點時，放電回路的阻抗開始增加，電容提供電流能力便開始下降。電容的容值越大，諧振頻率越低，電容能有效補償電流的頻率范圍也越小。從保證電容提供高頻電流的能力的角度來說，電容越大越好的觀點是錯誤的

等效串聯(lián)電阻ESRESR等效串聯(lián)電阻是電容的介質損耗（Rsd）和金屬損耗（Rsm）的綜合。即：ESR＝Rsd+Rsm

ESR與損耗角有關聯(lián)，ESR＝tanδ/(ω×Cs)，Cs是電容量，

通常以毫歐姆（mΩ）為單位。ESR越低效果越好的誤區(qū)：

輸入電容的容量要大一點。相對容量的要求，對ESR的要求可以適當?shù)慕档?。因為輸入電容主要是耐壓，其次是吸收MOSFET的開關脈沖。對于輸出電容來說，耐壓的要求和容量可以適當?shù)慕档鸵稽c。ESR的要求則高一點，因為這里要保證的是足夠的電流通過量。但這里要注意的是ESR并不是越低越好，低ESR電容會引起開關電路振蕩。而消振電路復雜同時會導致成本的增加。

損耗角正切值損耗角：流過電容的實際電流IA和理想電容電流Ic形成一個Φ角，叫做損耗角。損耗角正切值DF：tgΦ=ERS/XC

通常以100Hz或120Hz下數(shù)字電橋測定的數(shù)值為準，指在規(guī)定頻率的正弦電壓下，通過電容器的有功功率與無功功率的比值。

漏電流（絕緣電阻）

電容器的介質對直流電具有很大的阻礙作用,在施加電壓時，會產(chǎn)生一種很小的電流稱之為漏電流.漏電流的計算公式是I=KCU

其中，C為電容量（μF），U為額定直流電壓值（V），K與電容器類型有關的常數(shù)，通常取值范圍為0.01～0.1。額定紋波電流電容器發(fā)熱的交流有功功率P＝I^2×ESR。

其中，I:紋波電流;ESR:等效串聯(lián)電阻

在同等條件下，ESR值越低，電容器的發(fā)熱量越小，耐紋波電流能力就越強。

工作壽命圖示

電解電容器的介紹液體鋁電解電容器

陽極鋁箔經(jīng)電化學腐蝕擴大表面積后，再經(jīng)過陽極氧化形成一層氧化膜做介質，配合經(jīng)化學或電化學腐蝕的陰極鋁箔，經(jīng)卷繞再浸電解液后封裝而成。特點:容量大、電壓范圍寬，但是損耗大，溫度和頻率穩(wěn)定性差。應用：電源濾波，低頻耦合，儲能，旁路等。固體鉭電解電容器將金屬鉭粉真空燒結體做正極，進行陽極氧化表面生成的Ta2O5五氧化膜做介質，用MnO2二氧化錳做負極，制成片式電容器。特點：體積小、容量大、性能穩(wěn)定、壽命長、溫度特性好，但存在過流過壓下容易燃燒、爆炸現(xiàn)象，頻率穩(wěn)定性不理想。應用：在要求高的電路中代替鋁電解電容

對脈動電流的耐受能力差，若損壞易呈短路狀態(tài)。在過流、過壓時易產(chǎn)生爆炸和燃燒，安全性較差。

當極性接反并施加2倍額定電壓和20A電流時，MnO2鉭電容器立即起火燃燒、爆炸。PA-Cap結構

銀漿聚合物鋁箔銀膏石墨乳環(huán)氧樹脂引線框涂覆疊片G825LPA-Cap產(chǎn)品規(guī)格表（部分）外形尺寸(mm):V:7.3-4.3-1.9

D:7.3-4.3-2.8E:7.3-4.3-4.0

(uF)(V)4.710122233475668821001201502202703302VVVDDD4VVVVVDD6.3VVVVDDDEE10VVDDD12.5VV16VV

優(yōu)良的頻率特性(PA200V826M0G)穩(wěn)定的溫度特性(PA200V476M0J)

容量直流偏置電壓特性(PA200V127M0D)

漏電流電壓特性(PA200V476M0J)

電流電壓特性曲線(PA200V566M0G)

長壽命、高可靠性(PA200V156M1A)

+105℃1000h壽命，相當于+55℃3.2×105h(36年)；采用聚合物固體電解質，無泄露，不燃燒不爆炸；無須降壓使用；1001010.10.0105001000時間(h)

容量(μF)

ESR(Ω)漏電流(μA)PA-Cap特點極低的等效串聯(lián)電阻（ESR）值和等效串聯(lián)電感（ESL)；理想的容量頻率曲線、穩(wěn)定的溫度特性；快速的電流轉換和瞬時響應能力；允許通過更大的紋波電流；很強的噪音吸收能力、明顯的濾波效果；寬溫長壽命，不燃燒不爆炸安全性高；無污染，符合SGS標準，通過ROHS指令；片式化、低剖面，適合SMT工藝生產(chǎn)。PA-Cap聚合物固體片式鋁電解電容器

可靠性試驗由中國賽寶（福建）實驗室承擔這些試驗通稱為環(huán)境與可靠性試驗。分為8個組別、12個項目、102只電容器，其中環(huán)境試驗有5個項目，可靠性試驗有7個項目。

（01）元件耐焊接熱與耐溶劑組別試驗項目樣品數(shù)試驗條件性能要求試驗結果最大值最小值合格數(shù)C1耐焊接熱12焊槽法溫度：260±5℃，10s,浸入時間10±1s，恢復24±2h.無可見損傷，標志清晰合格12│△C/C│≤5（％）3.7-3.2tgδ≤0.040.02860.0205元件耐溶劑溶劑：電阻率不小于1MΩ.cm軟化水或蒸餾水，溫度23±5℃方法2（無擦拭），恢復48h無可見損傷，標志清晰合格│△C/C│≤5（％）1.5-1.7tgδ≤0.040.02900.0201（02）端面強度組別試驗項目樣品數(shù)試驗條件性能要求試驗結果最大值最小值合格數(shù)C2端面鍍層結合強度12安裝在印板上，彎曲速率：1mm/s；板彎曲：１mm無可見損傷，標志清晰合格12│△C/C│≤5（％）0.3-0.4tgδ≤0.040.03670.0191ESR≤0.12(Ω)0.1180.071（03）溫度快速變化與氣候順序組別試驗項目樣品數(shù)試驗條件性能要求試驗結果最大值最小值合格數(shù)C3.1溫度快速變化18θA=-55℃，θB=+105℃五次循環(huán)持續(xù)時間：30min,恢復：1-2h。無可見損傷，標志清晰合格18│△C/C│≤10（％）2.20.2tgδ≤0.040.03850.0205IL≤3.02（μA)0.040.02ESR≤0.12(Ω)0.1190.011氣候順序:干熱

循環(huán)濕熱

寒冷

循環(huán)濕熱105℃，16h試驗Ｄb,第一循環(huán)-55℃，2h試驗Ｄb,其余環(huán)循。無可見損傷，標志清晰合格│△C/C│≤10（％）-4.9-9.4tgδ≤0.0480.02100.0134IL≤3.02（μA)0.050.03（04）穩(wěn)態(tài)濕熱組別試驗項目樣品數(shù)試驗條件性能要求試驗結果最大值最小值合格數(shù)C3.2穩(wěn)態(tài)濕熱9溫度40±2℃濕度：93+2-3%RH不加負荷時間：21d恢復1～2h

無可見損傷，標志清晰合格9-20（%）≤△C/C≤＋4０（%）10.06.2tgδ≤0.080.03090.0199IL≤6.04（μA)0.050.03ESR≤0.144(Ω)0.1370.083（05）耐久性（1000H）組別試驗項目樣品數(shù)試驗條件性能要求試驗結果最大值最小值合格數(shù)C3.2穩(wěn)態(tài)濕熱9溫度40±2℃濕度：93+2-3%RH不加負荷時間：21d恢復1～2h

無可見損傷，標志清晰合格9-20（%）≤△C/C≤＋4０（%）10.06.2tgδ≤0.080.03090.0199IL≤6.04（μA)0.050.03ESR≤0.144(Ω)0.1370.083（06）高低溫特性與充放電組別試驗項目樣品數(shù)試驗條件性能要求試驗結果最大值最小值合格數(shù)C3.4高低溫特性15測試點：1：20℃（基準），2：-55℃；3：105℃無可見損傷，標志清晰合格152：│△C/C│≤20（％）-5.9-9.12：tgδ≤0.080.01140.00702：ESR≤0.24(Ω)0.1220.0533：│△C/C│≤20（％）19.714.83：tgδ≤0.040.03280.02013：IL≤37.75（μA)0.260.05充放電溫度：+20℃；充電6.3V；充電時間：0.5s；放電時間：0.5s；循環(huán)次數(shù)：1000000（次）│△C/C│≤20（％）3.5-1.4漏電流IL≤3.02（μA)0.300.04（07）高溫儲存與浪涌電壓組別試驗項目樣品數(shù)試驗條件性能要求試驗結果最大值最小值合格數(shù)C3.5A高溫貯存6溫度：+105℃；持續(xù)時間：500±24h；恢復時間：至少16h。無可見損傷，標志清晰合格6│△C/C│≤20（％）-8.8-14.8tgδ≤0.060.01060.0066漏電流IL≤6.04（μA)2.700.03浪涌循環(huán)次數(shù)：1000次；溫度：20±1℃；電壓：7.25V；充電時間：30s；放電時間：5min30s恢復16h.無可見損傷，標志清晰合格│△C/C│≤10（％）2.61.2tgδ≤0.040.01090.0078漏電流IL≤3.02（μA)1.200.03（08）反向電壓組別試驗項目樣品數(shù)試驗條件性能要求試驗結果最大值最小值合格數(shù)C3.5B反向電壓6溫度：+105℃；反向電壓0.95V，持續(xù)時間：125h；正向電壓6.3V，持續(xù)時間：125h。│△C/C│≤20（％）-8.6-15.16tgδ≤0.040.01650.0074漏電流IL≤3.02（μA)0.070.05

GJB9001A-2001質量體系ISO9001:2000質量管理體系認證PA-Cap符合RoHS指令

電解電容器的特性比較聚合物固體片式鋁電解電容器與其它電容器的比較

電容器種類

：AL-CAP液體鋁電容器

TA-CAP固體鉭電容器

PA-CAP固體聚合物電容器

陰極材料：電解液二氧化錳MnO2

固體聚合物

導電率：0.01S/CM0.1S/CM100S/CM

導電方式：離子導電電子導電電子導電工作頻率：10Hz—10KHz

1KHz—100KHz1KHz—1GHz

優(yōu)

點：

AL-CAP：價格最便宜，耐壓性優(yōu)良，有自愈特性

TA-CAP：耐高溫，性能比較好

PA-CAP：無污染，耐高溫，不會爆炸，優(yōu)良的頻率、溫度特性，極低的ESR值.缺

點：

AL-CAP

：受溫度影響很大，高ESR值，電解液易干涸、漏液、爆漿，安全性差。

TA-CAP

：有污染，易燃燒、爆炸，安全性差，價格比較高。

PA-CAP

：耐壓值低。等效串聯(lián)電阻ESR容量－頻率特性漏電流－溫度特性PA-Cap在開關電源的濾波應用：

不接電容紋波(150kHz)接入不同電容器時的紋波液體鋁電解電容器固體鉭電解電容器PA-Cap470μF×133μF×28.2μF×1ΔV＝37.4mVΔV＝3.1mVΔV＝2.4mVΔV＝2.1mV三種類型電容器在模擬CPU電源的實驗