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|列兵
作無源元件之電容其作用外乎下幾種:
1、應用于電源電路實現(xiàn)旁路、去藕、濾波和儲能作用下面分類詳述之:
1. 旁路
旁路電容本地器件提供能量儲能器件能使穩(wěn)壓器輸出均勻化降低負載需求 像小型充電電池樣旁路電容能夠被充電并向器件進行放電 盡量減少阻抗旁路電容要盡量靠近負載器件供電電源管腳和地管腳 能夠好地防止輸入值過大而導致地電位抬高和噪聲地彈地連接處通過大電流毛刺時電壓降
2. 去藕
去藕又稱解藕 從電路來說 總區(qū)分驅(qū)動源和被驅(qū)動負載負載電容比較大 驅(qū)動電路要把電容充電、放電 才能完成信號跳變上升沿比較陡峭時候 電流比較大 樣驅(qū)動電流會吸收大電源電流由于電路電感電阻(特別芯片管腳上電感會產(chǎn)生反彈)種電流相對于正常情況來說實際上種噪聲會影響前級正常工作所謂耦合
去藕電容起電池作用滿足驅(qū)動電路電流變化避免相互間耦合干擾旁路電容和去藕電容結(jié)合起來更容易理解旁路電容實際也去藕合只旁路電容般指高頻旁路也給高頻開關(guān)噪聲提高條低阻抗泄防途徑高頻旁路電容般比較小根據(jù)諧振頻率般取0.1μF、0.01μF 等;而去耦合電容容量般較大能10μF 或者更大依據(jù)電路分布參數(shù)、及驅(qū)動電流變化大小來確定
旁路把輸入信號干擾作濾除對象而去耦把輸出信號干擾作濾除對象防止干擾信號返回電源應該們本質(zhì)區(qū)別
3. 濾波
從理論上(即假設電容純電容)說電容越大阻抗越小通過頻率也越高實際上超過1μF 電容大多電解電容有大電感成份所頻率高反而阻抗會增大有時會看有電容量較大電解電容并聯(lián)了小電容時大電容通低頻小電容通高頻電容作用通高阻低通高頻阻低頻電容越大低頻越容易通過電容越大高頻越容易通過具體用濾波,大電容(1000μF)濾低頻小電容(20pF)濾高頻
曾有網(wǎng)友形象地濾波電容比作水塘由于電容兩端電壓會突變由此知信號頻率越高則衰減越大形象說電容像水塘會因幾滴水加入或蒸發(fā)而引起水量變化把電壓變動轉(zhuǎn)化電流變化頻率越高峰值電流越大從而緩沖了電壓濾波充電放電過程
4. 儲能
儲能型電容器通過整流器收集電荷并存儲能量通過變換器引線傳送至電源輸出端 電壓額定值40~450VDC、電容值220~150 000μF 之間鋁電解電容器(EPCOS 公司 B43504 或B43505)較常用根據(jù)同電源要求器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合形式 對于功率級超過10KW 電源通常采用體積較大罐形螺旋端子電容器
2、應用于信號電路主要完成耦合、振蕩/同步及時間常數(shù)作用:
1. 耦合
舉例子來講晶體管放大器發(fā)射極有自給偏壓電阻同時又使信號產(chǎn)生壓降反饋輸入端形成了輸入輸出信號耦合 電阻產(chǎn)生了耦合元件電阻兩端并聯(lián)電容 由于適當容量電容器對交流信號較小阻抗樣減小了電阻產(chǎn)生耦合效應故稱此電容去耦電容
2. 振蕩/同步
包括RC、LC 振蕩器及晶體負載電容都屬于范疇
3. 時間常數(shù)
常見 R、C 串聯(lián)構(gòu)成積分電路當輸入信號電壓加輸入端時電容(C)上電壓逐漸上升而其充電電流則隨著電壓上升而減小電流通過電阻(R)、電容(C)特性通過下面公式描述:
i = (V / R)e - (t / CR)
說電容之二:電容選擇
通常應該何我們電路選擇顆合適電容呢筆者認應基于下幾點考慮:
1、靜電容量;
2、額定耐壓;
3、容值誤差;
4、直流偏壓下電容變化量;
5、噪聲等級;
6、電容類型;
7、電容規(guī)格
否有捷徑尋呢其實電容作器件外圍元件幾乎每器件 Datasheet 或者 Solutions都比較明確地指明了外圍元件選擇參數(shù)也說據(jù)此獲得基本器件選擇要求再進步完善細化之其實選用電容時僅僅只看容量和封裝具體要看產(chǎn)品所使用環(huán)境特殊電路必須用特殊電容
下面 chip capacitor 根據(jù)電介質(zhì)介電常數(shù)分類 介電常數(shù)直接影響電路穩(wěn)定性
• NP0 or CH (K < 150): 電氣性能穩(wěn)定基本上隨溫度﹑電壓與時間改變而改變適用于對穩(wěn)定性要求高高頻電路鑒于K 值較小所0402、0603、0805 封裝下難有大容量電容 0603 般大 10nF下
• X7R or YB (2000 < K < 4000): 電氣性能較穩(wěn)定,溫度﹑電壓與時間改變時性能變化并顯著(ΔC < ±10%)適用于隔直、偶合、旁路與對容量穩(wěn)定性要求太高全頻鑒電路
• Y5V or YF(K > 15000): 容量穩(wěn)定性較 X7R 差(ΔC < +20% ~ -80%)容量﹑損耗對溫度、電壓等測試條件較敏感由于其K 值較大所適用于些容值要求較高場合
說電容之三:電容分類
電容分類方式及種類多基于電容材料特性其分下幾大類:
1. 鋁電解電容
電容容量范圍0.1μF ~ 22000μF高脈動電流、長壽命、大容量二之選廣泛應用于電源濾波、解藕等場合
2. 薄膜電容
電容容量范圍0.1pF ~ 10μF具有較小公差、較高容量穩(wěn)定性及極低壓電效應因此X、Y 安全電容、EMI/EMC 首選
3. 鉭電容
電容容量范圍2.2μF ~ 560μF低等效串聯(lián)電阻(ESR)、低等效串聯(lián)電感(ESL)脈動吸收、瞬態(tài)響應及噪聲抑制都優(yōu)于鋁電解電容高穩(wěn)定電源理想選擇
• 陶瓷電容
電容容量范圍0.5pF ~ 100μF獨特材料和薄膜技術(shù)結(jié)晶迎合了當今更輕、更薄、更節(jié)能設計理念
• 超級電容
電容容量范圍0.022F ~ 70F極高容值因此又稱做金電容或者法拉電容主要特點:超高容值、良好充/放電特性適合于電能存儲和電源備份缺點耐壓較低工作溫度范圍較窄
說電容之四:多層陶瓷電容(MLCC)
對于電容而言小型化和高容量永恒變發(fā)展趨勢其要數(shù)多層陶瓷電容(MLCC)發(fā)展快
多層陶瓷電容便攜產(chǎn)品廣泛應用極廣泛近年來數(shù)字產(chǎn)品技術(shù)進步對其提出了新要求例手機要求更高傳輸速率和更高性能;基帶處理器要求高速度、低電壓;LCD 模塊要求低厚度(0.5mm)、大容量電容 而汽車環(huán)境苛刻性對多層陶瓷電容更有特殊要求:首先耐高溫放置于其多層陶瓷電容必須能滿足150℃ 工作溫度;其次電池電路上需要短路失效保護設計
也說小型化、高速度和高性能、耐高溫條件、高靠性已成陶瓷電容關(guān)鍵特性
陶瓷電容容量隨直流偏置電壓變化而變化直流偏置電壓降低了介電常數(shù) 因此需要從材料方面降低介電常數(shù)對電壓依賴優(yōu)化直流偏置電壓特性
應用較常見 X7R(X5R)類多層陶瓷電容 容量主要集1000pF 上該類電容器主要性能指標等效串聯(lián)電阻(ESR)高波紋電流電源去耦、濾波及低頻信號耦合電路低功耗表現(xiàn)比較突出另類多層陶瓷電容 C0G 類容量多 1000pF 下 該類電容器主要性能指標損耗角正切值 tgδ(DF)傳統(tǒng)貴金屬電極(NME) C0G產(chǎn)品 DF 值范圍 (2.0 ~ 8.0) × 10-4而技術(shù)創(chuàng)新型賤金屬電極(BME)C0G 產(chǎn)品 DF 值范圍 (1.0 ~ 2.5) × 10-4 約前者 31 ~ 50% 該類產(chǎn)品載有 T/R 模塊電路 GSM、CDMA、無繩電、藍牙、GPS 系統(tǒng)低功耗特性較顯著較多用于各種高頻電路振蕩/同步器、定時器電路等說電容之五:鉭電容替代電解電容誤區(qū)
通??捶ㄣg電容性能比鋁電容好因鉭電容介質(zhì)陽極氧化生成五氧化二鉭介電能力(通常用ε 表示)比鋁電容三氧化二鋁介質(zhì)要高因此同樣容量情況下鉭電容體積能比鋁電容做得更小(電解電容電容量取決于介質(zhì)介電能力和體積容量定情況下介電能力越高體積做得越小反之體積需要做得越大)再加上鉭性質(zhì)比較穩(wěn)定所通常認鉭電容性能比鋁電容好
種憑陽極判斷電容性能方法已經(jīng)過時了目前決定電解電容性能關(guān)鍵并于陽極而于電解質(zhì)也陰極因同陰極和同陽極組合成同種類電解電容其性能也大相同采用同種陽極電容由于電解質(zhì)同性能差距大總之陽極對于電容性能影響遠遠小于陰極還有種看法認鉭電容比鋁電容性能好主要由于鉭加上二氧化錳陰極助威才有明顯好于鋁電解液電容表現(xiàn)把鋁電解液電容陰極更換二氧化錳 性能其實也能提升少
肯定ESR 衡量電容特性主要參數(shù)之 選擇電容應避免 ESR 越低越好品質(zhì)越高越好等誤區(qū)衡量產(chǎn)品定要全方位、多角度去考慮切把電容作用有意無意夸大
---上引用了部分網(wǎng)友經(jīng)驗總結(jié)
普通電解電容結(jié)構(gòu)陽極和陰極和電解質(zhì)陽極鈍化鋁陰極純鋁所關(guān)鍵陽極和電解質(zhì)陽極好壞關(guān)系著耐壓電介系數(shù)等問題般來說鉭電解電容ESR 要比同等容量同等耐壓鋁電解電容小多高頻性能更好電容用濾波器電路(比心50Hz 帶通濾波器)要注意容量變化對濾波器性能(通帶...)影響
說電容之六:旁路電容應用問題
嵌入式設計要求 MCU 從耗電量大處理密集型工作模式進入耗電量少空閑/休眠模式些轉(zhuǎn)換容易引起線路損耗急劇增加增加速率高達 20A/ms 甚至更快
通常采用旁路電容來解決穩(wěn)壓器無法適應系統(tǒng)高速器件引起負載變化確保電源輸出穩(wěn)定性及良好瞬態(tài)響應旁路電容本地器件提供能量儲能器件能使穩(wěn)壓器輸出均勻化降低負載需求像小型充電電池樣旁路電容能夠被充電并向器件進行放電盡量減少阻抗旁路電容要盡量靠近負載器件供電電源管腳和地管腳能夠好地防止輸入值過大而導致地電位抬高和噪聲地彈地連接處通過大電流毛刺時電壓降應該明白大容量和小容量旁路電容都能必需有甚至多陶瓷電容和鉭電容樣組合能夠解決上述負載電流或許階梯變化所帶來問題而且還能提供足夠去耦抑制電壓和電流毛刺負載變化非常劇烈情況下則需要三或更多同容量電容保證穩(wěn)壓器穩(wěn)壓前提供足夠電流快速瞬態(tài)過程由高頻小容量電容來抑制速瞬態(tài)過程由低頻大容量來抑制剩下則交給穩(wěn)壓器完成了
還應記住點穩(wěn)壓器也要求電容盡量靠近電壓輸出端
說電容之七:電容等效串聯(lián)電阻ESR
普遍觀點:等效串聯(lián)電阻(ESR)小相對較大容量外部電容能好地吸收快速轉(zhuǎn)換時峰值(紋波)電流有時樣選擇容易引起穩(wěn)壓器(特別線性穩(wěn)壓器 LDO)穩(wěn)定所必須合理選擇小容量和大容量電容容值永遠記住穩(wěn)壓器放大器放大器能出現(xiàn)各種情況都會出現(xiàn)
由于 DC/DC 轉(zhuǎn)換器響應速度相對較慢輸出去耦電容負載階躍初始階段起主導作用因此需要額外大容量電容來減緩相對于 DC/DC 轉(zhuǎn)換器快速轉(zhuǎn)換同時用高頻電容減緩相對于大電容快速變換通常大容量電容等效串聯(lián)電阻應該選擇合適值便使輸出電壓峰值和毛刺器件Dasheet 規(guī)定之內(nèi)
高頻轉(zhuǎn)換小容量電容 0.01μF 0.1μF 量級能好滿足要求表貼陶瓷電容或者多層陶瓷電容(MLCC)具有更小 ESR另外些容值下們體積和 BOM 成本都比較合理局部低頻去耦充分則從低頻向高頻轉(zhuǎn)換時引起輸入電壓降低電壓下降過程能持續(xù)數(shù)毫秒時間長短主要取決于穩(wěn)壓器調(diào)節(jié)增益和提供較大負載電流時間
用 ESR 大電容并聯(lián)比用 ESR 恰好低單電容當更具成本效益而,需要 EDAPCB/PCBjishu/" target="_blank" class="infotextkey">PCB 面積、器件數(shù)目與成本之間尋求折衷
說電容之八:電解電容電參數(shù)
里電解電容器主要指鋁電解電容器其基本電參數(shù)包括下列五點:
1. 電容值
電解電容器容值取決于交流電壓下工作時所呈現(xiàn)阻抗因此容值也交流電容值隨著工作頻率、電壓及測量方法變化而變化標準JISC 5102 規(guī)定:鋁電解電容電容量測量條件頻率 120Hz大交流電壓 0.5VrmsDC bias 電壓1.5 ~ 2.0V 條件下進行斷言鋁電解電容器容量隨頻率增加而減小
2. 損耗角正切值 Tan δ
電容器等效電路串聯(lián)等效電阻 ESR 同容抗 1/ωC 之比稱之 Tan δ 里 ESR 120Hz 下計算獲得值顯Tan δ 隨著測量頻率增加而變大隨測量溫度下降而增大
3. 阻抗 Z
特定頻率下阻礙交流電流通過電阻即所謂阻抗(Z)與電容等效電路電容值、電感值密切相關(guān)且與 ESR 也有關(guān)系
Z = √ [ESR2 + (XL - XC)2 ]
式XC = 1 / ωC = 1 / 2πfC
XL = ωL = 2πfL
電容容抗(XC)低頻率范圍內(nèi)隨著頻率增加逐步減小頻率繼續(xù)增加達頻范圍時電抗(XL)降至 ESR 值當頻率達高頻范圍時感抗(XL)變主導所阻抗隨著頻率增加而增加
4. 漏電流
電容器介質(zhì)對直流電流具有大阻礙作用而由于鋁氧化膜介質(zhì)上浸有電解液施加電壓時重新形成及修復氧化膜時候會產(chǎn)生種小稱之漏電流電流通常漏電流會隨著溫度和電壓升高而增大
5. 紋波電流和紋波電壓
些資料此二者稱做漣波電流和漣波電壓其實 ripplecurrentripple voltage 含義即電容器所能耐受紋波電流/電壓值 們和ESR 之間關(guān)系密切用下面式子表示:
Urms = Irms × R
式Vrms 表示紋波電壓
Irms 表示紋波電流
R 表示電容 ESR
由上見當紋波電流增大時候即使 ESR 保持變情況下漣波電壓也會成倍提高換言之當紋波電壓增大時紋波電流也隨之增大也要求電容具備更低 ESR 值原因疊加入紋波電流由于電容內(nèi)部等效串連電阻(ESR)引起發(fā)熱從而影響電容器使用壽命般紋波電流與頻率成正比因此低頻時紋波電流也比較低
說電容之九:電容器參數(shù)基本公式
1. 容量(法拉)
英制: C = ( 0.224 × K • A) / TD
公制: C = ( 0.0884 × K • A) / TD
2. 電容器存儲能量
E = ½ CV2
3. 電容器線性充電量
I = C (dV/dt)
4. 電容總阻抗(歐姆)
Z = √ [ RS2 + (XC – XL)2 ]
5. 容性電抗(歐姆)
XC = 1/(2πfC)
6. 相位角 Ф
理想電容器:超前當前電壓 90º
理想電感器:滯當前電壓 90º
理想電阻器:與當前電壓相位相同
7. 耗散系數(shù) (%)
D.F. = tan δ (損耗角)
= ESR / XC
= (2πfC)(ESR)
8. 品質(zhì)因素
Q = cotan δ = 1/ DF
9. 等效串聯(lián)電阻ESR(歐姆)
ESR = (DF) XC = DF/ 2πfC
10. 功率消耗
Power Loss = (2πfCV2) (DF)
11. 功率因數(shù)
PF = sin δ (loss angle) – cos Ф (相位角)
12. 均方根
rms = 0.707 × Vp
13. 千伏安KVA (千瓦)
KVA = 2πfCV2 × 10-3
14. 電容器溫度系數(shù)
T.C. = [ (Ct – C25) / C25 (Tt – 25) ] × 106
15. 容量損耗(%)
CD = [ (C1 – C2) / C1 ] × 100
16. 陶瓷電容靠性
L0 / Lt = (Vt / V0) X (Tt / T0)Y
17. 串聯(lián)時容值
n 電容串聯(lián):1/CT = 1/C1 + 1/C2 + …. + 1/Cn
兩電容串聯(lián):CT = C1 • C2 / (C1 + C2)
18. 并聯(lián)時容值
CT = C1 + C2 + …. + Cn
19. 重復次數(shù)(Againg Rate)
A.R. = % ΔC / decade of time
上述公式符號說明下:
K = 介電常數(shù)
A = 面積
TD = 絕緣層厚度
V = 電壓
t = 時間
RS = 串聯(lián)電阻
f = 頻率
L = 電感感性系數(shù)
δ = 損耗角
Ф = 相位角
L0 = 使用壽命
Lt = 試驗壽命
Vt = 測試電壓
V0 = 工作電壓
Tt = 測試溫度
T0 = 工作溫度
X , Y = 電壓與溫度效應指數(shù)
說電容之十:電源輸入端X,Y 安全電容
交流電源輸入端般需要增加三電容來抑制EMI 傳導干擾
交流電源輸入般分三根線:火線(L)/零線(N)/地線(G)火線和地線之間及零線和地線之間并接電容般稱之Y 電容兩Y電容連接位置比較關(guān)鍵必須需要符合相關(guān)安全標準防引起電子設備漏電或機殼帶電容易危及人身安全及生命所們都屬于安全電容要求電容值能偏大而耐壓必須較高般地工作亞熱帶機器要求對地漏電電流能超過0.7mA;工作溫帶機器要求對地漏電電流能超過0.35mA因此Y 電容總?cè)萘堪愣寄艹^4700pF
根據(jù)IEC 60384-14電容器分X電容及Y電容
1. X電容指跨于L-N之間電容器
2. Y電容指跨于L-G/N-G之間電容器
(L=Line, N=Neutral, G=Ground)
X電容底下又分X1, X2, X3主要差別于:
1. X1耐高壓大于2.5 kV, 小于等于4 kV,
2. X2耐高壓小于等于2.5 kV,
3. X3耐高壓小于等于1.2 kV
Y電容底下又分Y1, Y2, Y3Y4, 主要差別于:
1. Y1耐高壓大于8 kV,
2. Y2耐高壓大于5 kV,
3. Y3耐高壓 n/a
4. Y4耐高壓大于2.5 kV
X,Y電容都安規(guī)電容,火線零線間X電容,火線與地間Y電容.
們用電源濾波器里,起電源濾波作用,分別對共模,差模工擾起濾波作用.
安規(guī)電容指用于樣場合即電容器失效會導致電擊危及人身安全. 安規(guī)電容安全等級 應用允許峰值脈沖電壓 過電壓等級(IEC664) X1 >2.5kV ≤4.0kV Ⅲ X2 ≤2.5kV Ⅱ X3 ≤1.2kV —— 安規(guī)電容安全等級 絕緣類型 額定電壓范圍 Y1 雙重絕緣或加強絕緣 ≥ 250V Y2 基本絕緣或附加絕緣 ≥150V ≤250V Y3 基本絕緣或附加絕緣 ≥150V ≤250V Y4 基本絕緣或附加絕緣 <150V Y電容電容量必須受限制從而達控制額定頻率及額定電壓作用下流過漏電流大小和對系統(tǒng)EMC性能影響目GJB151規(guī)定Y電容容量應大于0.1uFY電容除符合相應電網(wǎng)電壓耐壓外還要求種電容器電氣和機械性能方面有足夠安全余量避免極端惡劣環(huán)境條件下出現(xiàn)擊穿短路現(xiàn)象Y電容耐壓性能對保護人身安全具有重要意義
濾波電路上有X電容跨接L-N線;Y電容N-G線
安規(guī)標準上有按脈沖電壓分X1,X2,X3電容;按絕緣等級來分Y1,Y2,Y3來分
(些都按材質(zhì)來分多學習)
至于安規(guī)標準各國家有些差別額定電壓無非250和400
各大廠家做安規(guī)電容要滿足安規(guī)標準需求安規(guī)電容滿足Y電容要求也有做成滿足X電容要求所有安規(guī)電容上標X1Y1,X1Y2...
火線與0線之間接電容X,而火線與地線之間接電容像Y
由于火線與0線直接電容受電壓峰值影響避免短路比較注重參數(shù)耐壓等級電容值上沒有定限制值
火線與地線直接電容要涉及漏電安全問題因此注重參數(shù)絕緣等級
歡迎熱心人樂于助人加入189088774維修電工技術(shù)交流群禁止群內(nèi)發(fā)廣告黃圖發(fā)現(xiàn)者律踢出本群我們?nèi)航?jīng)常討論研究控制線路
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