电容的分类和使用技术文件.doc

电容的分类和使用技 术 文 件 技术文件名称：电容的分类和使用 技术文件编号： 版 本： 文件质量等级：共 17 页(包括封面) 拟 制 审 核 会 签 标准化 批 准 目录1 前言 22 铝电解电容器 22.1 等效电路模型 22.2 热传导等效电路模型及电容的安装 32.3 电容的串联和并联 52.4 电容工作寿命计算 62.5 电解电容的失效防范 63 片式钽电容 83.1 电性能及术语解释 83.2 交流操作、纹波电压和纹波电流 133.3 可靠性和失效率计算 153.4 钽电容器的安装 193.5 电容器的机械性能和热性能 214 陶瓷贴片电容 214.1 陶瓷电容特性及与其它电容对比 214.2 应用领域 224.3 特点： 234.4 陶瓷电容的等效电路模型 294.5 安装指南（封装形式） 294.6 器件的工作模式 294.7 陶瓷电容故障 294.8 供应商介绍 315 有机聚合物电解电容 325.1 应用领域 325.2 优点： 325.3 缺点： 325.4 POSCAP电容的等效电路模型 335.5 安装指南（封装形式） 335.6 器件的工作模式 335.7 工作寿命计算 345.8 失效的模式和防范 345.9 计算实例 355.10 供应商介绍 355.11 不同公司产品的特性差异，以及特殊工艺方法介绍 35电容的分类和使用1 前言我们的产品以往的很多故障都是因为元器件的使用不当造成的，所以说，在进行产品设计时，正确使用元器件是保证产品质量的关键，由于元器件的种类比较多，我们按大类来分别介绍，本部分主要介绍常用的几种电容的特性和使用。

2 铝电解电容器2.1 等效电路模型铝电解电容可以等效为：等效串联电阻（ESR），等效串联电感（ESL），纯电容（C）和等效并联漏电电阻（Rleak）其中等效并联漏电电阻的大小由电介质的特性决定）电容器经充放电以后，由于存在电介质的电场残余效应，部分场能仍将储存在电介质中，产生剩余电压因此大容值铝电解电容器会在两极间跨接一短路放电电阻，以防意外由于等效串联电阻（ESR）的存在，电流流过电容时，会产生一定的功率损耗ESR值会随着电容“热点温度”的升高及电流频率的增加而减少热点温度”是指电容绕组内部的最高温度），下图1是电容的等效ESR与温度和频率的关系曲线：图1若电流由基频和多次谐波构成，则须计算每次谐波产生的功率损耗值，并将计算结果相加以求得总损耗值电容工作时的功率损耗会使其内部的温度上升，电容“热点温度”（Th）值将直接影响到电容器工作寿命(Lop)：热点温度越高，工作寿命越短为计算“热点温度”（Th）值，就必须知道电容器的等效热阻（Rth）注意：在频率很高时，还应考虑到等效串联电感产生的热效应电容的谐振频率(fR)，因电容器种类不同而不同对于轴向穿心电容（PEG系列），谐振频率范围可从20kHz到1MHz以上；对于焊片式和螺栓连接式铝电解电容，谐振频率在1.5kHz至150kHz之间。

如果电容器在高于谐振频率时使用，对外特性呈感性2.2 热传导等效电路模型及电容的安装电容器内部的热量，总是从温度最高的“热点”向周围温度相对较低的部分传导热量传递的途径有几种：其一是通过铝箔和电解液传导如果电容被安装在散热片上，一部分热量还将通过散热片传递到环境中从“热点”传递到周围环境中的总热阻用Rth 来表示以下图例1和2呈现的是：分别采用夹片安装和螺栓安装方式，将电容安装在热阻为2℃/W的散热片上，所得到的电容热阻值；图例3呈现的是采用螺栓安装方式，将电容安装在热阻为2℃/W散热片上、强迫风冷速率为2m/s时，所得到的电容热阻值另外将延长的阴极铝箔与电容器铝壳直接接触，也是很好的降低热阻的方法同时应注意铝壳会因此带负电，不能作负极连接夹片安装方式：Rth = 3.6℃/W螺栓安装方式：Rth = 2.1℃/W螺栓安装方式：Rth = 1.8℃/W电容必须正确安装才能达到它的设计工作寿命安装时确保安全阀朝上，这样热的电解液及蒸气才能在电容失效的情况下，从安全阀顺利排出请看下图中安全阀的朝向正确的朝向 不正确的方式相比较夹片安装方式，螺栓连接的铝电解电容与底部散热片之间的接触更紧密，从而散热更有效。

夹片安装的电容器往往与底部散热片之间存有一个空气间隙）相比较夹片安装，螺栓连接电容器的安装方式要方便得多固定用尼龙螺母的耐压从2.5KV到4 kV不等当电容排列很紧凑时相邻电容间至少应留出5mm的间隔以保证适量的空气流动使用螺栓安装时，螺母扭矩的控制非常重要如果拧得太松，则电容与散热片间就不能紧密接触；如果拧得太紧，又可能使螺纹损坏同时应注意电容器不应倒置安装，否则可能造成螺栓的折断在高频应用中，电容两端引线应尽量短以减小等效电感右下图为较佳的安装方式铝电解电容安装时应尽量远离发热元件，否则过高的温度会缩短电容器的使用寿命，从而使得电容器成为整个电路中寿命最短的部件2.3 电容的串联和并联若采用串联方式连接电容，需要注意铝电解电容器的分压问题容值的误差可以使容值较小的电容分配到很高的电压，例如：两颗额定电压为350VDC, 容值公差为+20%铝电解电容器串接，并在两端加载700VDC电压那么在最糟糕的情况，一颗电容容值20%正偏差，另一颗为20%负偏差，负偏差的电容分配到的电压为：使用分压电阻是在各电容之间正确分配电压的一种较好的方式分压电阻阻值的计算公式为：最好使用高品质的分压电阻，否则电阻的失效会导致电容因分压不均而击穿。

在可靠性要求高的领域，电阻的发热功率应低于其额定值的50%分压电阻间的阻值误差不应大于+5%，同时还要考虑阻容回路的充放时间常数τ，以防电压稳定时间过长有两种方法连接分压电阻：在大电流的应用中，可以采用并联方式连接，但需确保分配到每个电容支路上的电流相等在图1中，在高频应用时，电感可以导致每个电容上的电流分配不均匀图2中，每个电容电流分配是相等的使用低电感的母线棒能降低电感，可降至1 n H原则上，阴极应该设置在阳极上方2.4 电容工作寿命计算为计算电容工作寿命（LOP），必须知道：工作电压（Uapplied），电容流过的电流的有效值(IRMS)，环境温度 (Ta)和热阻 (Rth) 您可以从EVOX RIFA公司的销售机构得到本公司产品的ESR值和热阻矩阵首先，在ESR矩阵中，查出不同频率及热点温度(Th，假设值)时对应的“ESR”值，然后计算出IRMS流过时电容产生的“功率损耗（PLOSS）”若IRMS由多次谐波构成，则需计算每次谐波产生的功率损耗并依次相加电容绕组热点至环境温度的“热阻值”可以在热阻矩阵查出，由此可以计算出实际“热点温度(Th)”，若此实际值与先前选取ESR值时的假设值Th不符，则需修正假设，重新查出ESR值，重复叠代计算，直至结果吻合。

得到正确的Th值后，就可利用下述公式很容易计算出电容工作寿命2.5 电解电容的失效防范电容器在过压状态下容易被击穿，而实际应用中的瞬时高电压是经常出现的UR 额定电压US 浪涌电压，1000个周期，无载330秒，带载30秒 (Us一般为110%~115%倍UR)UT 瞬态高电压LC滤波器中，开关动作时，也可能产生瞬时过电压该瞬时过电压会对电容产生“过冲击”采用半导体元件的软开关技术可有效地防止瞬时过电压整流器前的滤波器可滤除一些高速瞬时高压，但不可能全部如果铝电解电容器的正负极连接错误，只需很短的时间就会造成电容器的损坏因此为避免类似的连接错误，电容器上正极会旋转90°超出额定值的电流会造成电容内部温升过高，而缩短其工作寿命但如果纹波电流的持续时间与热传导时间常数τ相比更短，则不会对电容造成损害电容内部的热点温度决定了电容器的工作寿命可使用温度传感器测量电容工作时的内部温升温度传感器须直接接触电容铝壳）对于螺栓端连接铝电解电容器，可在电容内部插入热偶的方法测量3 片式钽电容3.1 电性能及术语解释3.1.1 标称电容量（CR） 这是标称额定电容量，对钽电容器来说，＋ 20℃用测量电桥测量等效串联电路的电容量。

3.1.2 电容量偏差这是实际电容量值所允许的变化3.1.3 电容量与温度的关系（曲线） 钽电容器的电容量随温度变化该变化自身与额定电压和电容器的大小有点关系 电容量与温度%电容量 150 -15 -25 0 25 50 75 100 125温度（℃）3.1.4 电容量与频率的关系（曲线）频率增加则电容量减少超过100KHz，电容量继续下降达到谐振（典型的介于0.5~5MHz）超过谐振频率 电容量（μF） 1000 10000 100000 1000000 频率（Hz） 3.1.5 直流额定电压（VR）这是85℃持续施加的直流额定电压3.1.6 类别电压（VC） 这是可施加到电容器上的最大电压在85℃时它等于额定电压，超过该温度，它将呈直线下降，在125℃达到VR的2/3。

最大类别电压与温度 %额定电压。