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1、1,陶瓷電容與鉭質電容及電解電容簡介,電容概述 陶瓷電容 鉭質電容 鋁電解電容 電容的性能比較 電容失效模式 電容的選用 電容與電壓、電流紋波,2,一.電容概述,1.電容結構 自1746年荷蘭科學家發現電容以來，經過不斷的發展，電容種類已經非常豐富，但其基本結構仍然保持不變，如下圖所示：,电容用于存储電荷 ，它只能允许交流电经过，直流 电被阻挡。在电路中，通常用于调谐、滤波、极间 耦合等方面，是主要元件之一。,3,2.容值、電壓、電量關係,當對電容進行充電時，兩個電極分別聚集了等量 的正負電荷，從而在兩極之間產生一個電壓，電壓與電量的關係可以用如下公式表示： Q=CV V表示電容兩極之間的電壓
2、 Q表示電容兩極閒的電荷，單位是庫侖，1庫侖=61019個電荷。 C是電容的容值，是一個常數。,4,3.电容的分类与符号,按电容量可否调整分为：固定电容器、可变电容器和微调电容器,固定电容,可变电容,微调电容,电解电容,按所用介质不同分为：有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器和空气介质电容器等。,按用途分有：高频旁路、低频旁路、滤波、调谐、高频耦合、低频耦合、小型电容器。,按电容有無極性分为：無極性電容和有極性電容兩大類,5,电容器的单位是法拉(F),常用单位还有微法(F)、 纳法(nF)和皮法(pF),换算:1F=106F=109 nF=1012 pF,4.电容器的单位与标示,电容器的
3、标识方法有三种：,直标法：直接标注在表面，如果数字是整数， 则单位是pF;数字带小数点，单位是F。 文字符号法：用文字与数字混合标注，若字母在中 央，则充当小数点。 色标法：与电阻相同，读取方向由电容体 引脚。,6,电容器的参数,标称容量：在外壳上标明的，由国家规定的电容器电容量的标准值。 允许误差范围：实际电容量与标称电容量的允许最大偏差范围，分三级I-5%,II-10%,III-20%。 额定工作电压：在允许的环境温度范围内，能够长期施加在电容器上的最大电压有效值称为额定电压（一般为直流电压）。 温度系数：在一定温度范围内，温度每变化1，电容量的相对变化值。 绝缘电阻：指两个电极间绝缘介质
4、的电阻，越大越好。 损耗：在电场的作用下，电容器在单位时间内发热而消耗的能量。 频率特性：电容器的电参数随电场频率而变化的性质。 等效串聯阻抗:對非理想電容,其內部電極與端電極之間存在的電阻值.,7,1.定义:片式多层瓷介电容器(MLCC)-简称片式电容器,是由印好电极（内电极）的陶瓷介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层（外电极），从而形成一个类似独石的结构体，故也叫独石电容器。,二、片式多层瓷介电容器(MLCC),8,2.1 尺寸,根據EIA分法有13种通用的SIZE： 英制： 01005, 0201, 0402, 0603, 0805, 1
5、206, 1210, 1805, 1808, 1812, 1825, 2220, 2225 公制： 0402, 0603, 1005, 1608, 2019, 3216, 3225, 4512, 4520, 4532, 4564, 5650, 5664 2.2外形,9,结构主要包括三大部分:陶瓷介质，金属内电极，金属外电极。而多层片式陶瓷电容器它是一个多层叠合的结构，是由多个简单平行板电容器的并联体。,3.结构,10,内部構造,11,電極材質,12,陶瓷是一个绝缘体，而作为电容器介质用的陶瓷除了具有绝缘特性外，还有一个很重要的特性：就是极化。即它在外加电场的作用下，正负电荷会偏离原有的位置，从
6、而表现出正负两个极性。绝缘体的极化特性我们一般用介电常数来表示，即介质的K值。,4.陶瓷介质的特性,下面例举不同材料的介电常数：,真空： 1.0 空气： 1.004 纸： 46 玻璃： 3.719 三氧化二铝（Al2O3）： 9 钛酸钡（BaTiO3）： 1500 结构陶瓷： 1020000,13,5.瓷介的分类,陶瓷是一种质硬、性脆的无机烧结体，一般分为两大类： 功能陶瓷和结构陶瓷。用来制造片式多层瓷介电容（MLCC） 的陶瓷是一种结构陶瓷，是电子陶瓷，也叫电容器瓷。,1)照EIA三級分類,有五种通用的介質,COG(NPO),X7R, X5R, Z5U,Y5V 类电容器瓷(COG)，它是順電
7、材料 类电容器瓷(X7R、 X5R 、)，它是鉄電物質材料 类电容器瓷（ Y5V、Z5U ），它是鉄電物質材料,14,6.瓷介代号,陶瓷介质的代号是按其陶瓷材料的温度特性来命名的。 目前国际上通用美国EIA标准的叫法，用字母来表示。 常用的几种陶瓷材料的含义如下：,Y5V：温度特性Y代表 25； 5代表85； 温度系数V代表 80 30 Z5U：温度特性Z代表 10； 5代表85； 温度系数U代表 56 22 X5R: 溫度特性X代表-55C; 5代表+85 溫度係數R代表 15 X7R：温度特性X代表 55； 7代表125 温度系数R代表 15 NPO：温度系数是30ppm/（-55125）
8、,15,7.电气特性,电容量:电容量的大小表示电容器贮存电荷的能力。,7-1.电容量（C）,16,MLCC介質厚度和層數的發展,17,MLCC介質常數k與溫度穩定性,1.介質常數k越高, MLCC体極效率越高;但介質常數k增加時,溫度穩定性変差; 2.如下所示為COG, Z5U,X7R,Y5V介質的MLCC介 質常數與溫度,容值與溫度的曲綫圖：,18,由圖可知,EIA 類順電材料介質COG(NPO),它的介質常數k几乎不隨溫度變動,EIA 類鉄電材料介質X7R的介質常數變動不大, EIA 類鉄電材料介質Z5U,Y5V,溫度越高,介質常數K變小.,19,影響電介常數k的因素,電介質有4种基本的極
9、化結構： 電子,原子,偶極或方向性,空間電荷 EIA 類電介質是電子或原子支配的極化結構;它 可以獲的優秀的溫度穩定性和低的k值(580), 很低的損耗. EIA / 類是偶極或方向性支配的極化結構; 它可以獲的最高介電常數k.例如:BaTiO3有高的k 值,适合x7r電介質.,20,MLCC 制造流程,21,影響電容量的因素:片式电容器的电容量除了由它本身的设计与材料特性所决定外，在很大程度下同它的测试条件、温度、电压和频率有很大的关系。,22,電容量與溫度的關係:温度是影响电容器电容量的一个重要因素，我们把电容量同温度的这种关系特性叫做电容器的温度特性(Temperature Coeffi
10、cient)。对于较为稳定的类电容器，其影响相对较小，几乎没有变化;对于类电容器，其影响相对较大。,23,电容量与直流电压的关系:在电路的实际应用中，电容器两端可能要放加一个直流电压，我们把电容器的这种情况下的特性叫做直流偏压特性。对于较为稳定的类电容器，其影响相对较小，几乎没有变化;对于类电容器，其影响相对较大。介质厚度越厚，产品的偏压特性就越好。,24,电容量与交流电压的关系:类电容器的交流特性比较好，基本不随施加电压的变化而变化。但是，对于类电容器，其容量基本是随所加电压的升高而加速递升的，特别X7R此特性比较明显。,交流特性图,25,电容量与工作频率的关系:对于类电容器其应用频率的增加
11、，它的容值不会有什么变化，但对于类电容器，容值下降较为明显。,电容量与频率的关系曲线图,26,频率响应(串联谐振),27,频率响应(并联谐振)：,28,7-2.绝缘電阻(IR),体内漏电流:在电介质中通常或多或少存在正、负离子，这些离子在电场作用下将定向迁移，形成离子电流，我们称之为体内漏电流。 表面漏电流:在电容器的表面，也会或多或少地存在正负离子，这些离子在外电场的作用下，会发生定向迁移，形成表面漏电流。 电容器的漏电流:是陶瓷介质中体内漏电流与芯片表面的漏电流两部分组成。 介质的绝缘电阻:加在介质两端的电压和漏电流之比称之为介质的绝缘电阻,即 电容器的绝缘电阻除了同其本身所固有介质特性相
12、關外，同外界环境温度、湿度等有很大的关系。 温度升高时，瓷介的自由离子增多，漏电流急剧增加，介质绝 缘电阻迅速降低。 湿度对电容器电性能影响最大,会因表面吸潮使表面绝缘电阻 下降。,29,7-3.损耗(DF),DF损亦称损失角正切:因为电容用于交流电路中时会在电路中产生一个相位角，此相位角的余角即为损失角。DF=tan DF(耗散因素)用来表明电容将输入功率转化为热量的百分（）,30,介质损耗同温度的关系:,介质损耗同温度的关系曲线图,31,介质损耗同交流电压/密尔厚度的关系:,介质损耗同交流电压/密尔厚度的关系曲线图,32,介质损耗同频率的关系,介质损耗同频率的关系曲线图,33,7-4.等效
13、串联电阻ESR：,ESR:ESR的损耗由介质损耗(Rsd)和金属损耗(Rsm)两部分组成。即:ESR = Rsd + Rsm,34,MLCC等效電路,35,ESR對電路的影響,36,交域下之電容器等效電如右圖；其中等效電阻(RS)，將會隨同頻而有所改變。各頻點之等效電阻(ESR)如右曲線圖所示。 ESR越高，通過電所消耗功亦越高，元件越容發熱。 隨著疊層層增加,容值亦增加ESR隨著並而下。 MLCC相同設計下，容值越高，ESR越低，Ripple Current特性越好。,37,7-5.品质因素(Q),品质因素:Q值就是介质损耗DF的倒数。 即：Q = 1/DF。 一般高Q即具备低ESR的特性。
14、 在设计时，高频下我们应考虑ESR和Q值对电路设计的影响；低频下应考虑损耗(DF)对电路设计的影响。,38,7-6.耐电压(DWV),电容器的耐电压:是指电容器的陶瓷介质在工作状态中能够承受的最大电压，即击穿电压，也就是电容器的极限电压 电容器的标称电压即电容器的工作电压，标称电压一般是相对于直流来说的。而电容器的耐电压常规也是相对直流来说的，但有时也常用交流来表示。 电容器的标称电压远远低于其瓷介的耐电压。标称电压远远低于芯片的耐电压。比如，1206B102K101NT其标称电压为100V，也就是其工作直流电压要低于100V，而实际上其耐电压直流可达1200V左右；交流可达500V左右。,3
15、9,8.應用,其中高容量,低ESR,ESL的X7R MLCC電容堆,主要用于開關電源的濾波,低ESL允許在高頻濾波,40,三、鉭質電容,定義:钽电解电容是用金属钽作电极、氧化钽作介质的电容器，其示意圖如下 特点:化学稳定性高，额定耐压高，耐高温性能好，机械强度高，体积小。,1.定義,2.外形,41,3.各种類型的鉭電容結構,1)二氧化錳鉭電容( MnO2 ),42,2)有機聚合体鉭電容(KO),43,3)鋁有機聚合体鉭電容(AO),44,鉭電容的制造流程,1)制壓陰極,45,2)焊接陽極,46,4.各類型鉭電容特性,鉭電容具有低的ESR,低的漏電流,no ignition failure mo
16、de,高的溫度穩定性;在ESR,no ignition failure mode方面,KO和AO具有更佳的表現.,47,4.鉭質電容的基本電氣參數,4.1 Cp(Capacitance)容值 一般電解電容器的電容量範圍為其容量从0.47uF到1000uF , 測試頻率為120Hz。 4.2電容值誤差Tolerance 4.3 D.F(Disspation Factor) 損失因素 4.4 UR(Voltage Rating) 額定電壓 电容器在电路中能够长期稳定、可靠工作，所承受的最大直流 电压。額定電壓压主要有6.3V、10V、16V、63V几种。 4.5 LC(Leakage Current)漏電流 4.6 ESR(Equivalent Series Resistance)等效串聯阻抗 4.7 RC(Ripple Current)紋波/濾波電流 常指微小的脈沖電流,表示其在電路中之耐沖擊性能。,48,5.溫度及頻率特性,鉭質電容的以上電氣參數通常規定在20,120Hz條件
