[信息与通信]电容的分类和使用.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：325.4POSCAP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，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0.55MHz）。超过谐振频率。 电容量（F） 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10090 7050 75 95 115 温度（） 3.1.7 浪涌电压（VS）用最小串联电阻为1千欧的电阻在电路中对电容器在短时间内施加的最大电压。在每小时内每次为期30秒的浪涌电压可达10次。在电路设计中，浪涌电路不能作为参数使用，在常规操作中，电容器要定期充电、放电。85125额定电压(Vr)浪涌电压(Vs)降额电压(Vc)浪涌电压(Vs)46.31016202535505.281320263246652.747.010131723323.25812162028403.1.8 浪涌效应 固体钽电容器承受浪涌电压和浪涌电流的能力有限。这和其它电容器有共同之处，因为通过电介质的电场强度很大。例如一个25v的电容器在额定电压下操作时就具备147kv/mm的电场强度。 确保电压通过电容器引出端时不超过规定的标称额定浪涌电压是相当重要的。在低阻抗线路中，电容器易受到浪涌电压的应力。降低电容器额定电压的50%或更多，可增加元件的可靠性。在需承受快速充电和放电的电路中，我们推荐1/v的保护电阻。如果可能的话，应使用达到70%的降额度。作为一个单独的电容器，在这种情况下则需要比原有更高的电压。应使用串联的方法以提高电容器的工作电压：如两个22F 50V的元件串联等效于一个11F 50V的元件。3.1.9 反向电压 提供的数值是随时出现在电容器上的反向电压的最大值。此类限制是以假设电容器在正确的方向极化为条件的。连续施加反向电压而无正常的极化将导致漏电流变差。连续施加反向电压的情况可能出现在有阴极引出端相连的对头拼接结构的两个相似的电容器上。在大多数情况下这种组合的容量只有其中一只的标称容量的一半在分离脉冲或最初的几次循环下，容量可接近标称值。 设计反向额定电压是用于控制偶尔出现的极性偏差。提供的数值不用于控制连续的反向操作。 施加到电容器的反向电压的峰值不能超过： 25，最大值为1.0v时，不超过额定直流工作电压的10%； 85，最大值为0.5v时，不超过额定直流工作电压的3%； 125，最大值为0.1v时，不超过类别直流工作电压的1%。3.1.10 叠加交流电压（Vr.m.s）纹波电压 这是交流电压的最大均平方根值，叠加于直流电压上，可施加于电容器上。直流电压值及叠加交流电压的峰值不能超过类别电压VC。3.1.11 形成电压这是阳极氧化形成时的电压。对钽电容器来说，该氧化层的厚度与形成电压成比例，是设置额定电压的一个因素。3.1.12 损耗因素损耗因素是用来测量损耗角正切，用百分比加以表示。用提供0.5Vpk-pk120Hz正弦讯号，无谐振，且最大偏压为2.2Vdc的测量电桥，可测出损耗因素。损耗因素值与温度、频率有关系。3.1.13 损耗角正切（tan）这是用来测量电容器能量损失的。在规定频率的正弦电压下，所消耗的有功功率与无功功率的比值称为损耗角正切。常用的术语还有功率因素，损耗因素和介质损耗。余弦（90-）是功率因素。用提供0.5Vpk-pk 120Hz正弦讯号、无谐振，且最大偏压为2.2Vdc的测量电桥可测出损耗角正切。3.1.14 损耗因素与频率的关系如图所示损耗因素随频率而提高： 损耗因素与频率损耗因素 0 1 10 100 频率（Hz）3.1.15 损耗因素与温度的关系如图所示，损耗因素随温度变化而变化。 损耗因素与温度 损耗因素 1.8 1.4 1 0.8 -55 -5 0 45 95 温度（）3.1.16 阻抗Z在规定频率下电压与电流之比。影响钽电容器的阻抗有三个因素：MnO2半导体层的电阻、电容量值以及电极和引线的电感。引线的电感在高频时成为限制因素。这三个因素的温度和频率特征决定了阻抗Z的特征。阻抗应在20和100KHz进行测量。3.1.17 等效串联电阻ESR等效串联电阻ESR发生在电容器各种实际应用形式上。这是由几种不同机理产生的，包括元件的电阻和接触电阻，介质内的缺陷产生的旁路电流电阻。这些电阻都作为电容器的ESR来考虑。ESR值及频率有关系，用下式来计算： ESR=tan/2f c式中f为频率（用Hz表示），C为容量（用法拉表示）ESR在20，100KHz进行测量。对于阻抗来说，ESR是起作用的因素之一，在高频时（100KHz以上）它成为决定性因素。因此ESR和阻抗几乎等同，阻抗只是略高一点。3.1.18 阻抗、ESR与频率的关系 ESR和阻抗均随频率的增加而增加。在低频时，数值因辅助因素对阻抗的作用增加而下降（由于电容器的电抗）。超过1MHz（超出电容器的谐振点），阻抗因电容器的电感而再次上升。ESR与频率 ESR 4 2 0 0.1 1 10 100 1000频率（KHz） 阻抗与频率 阻抗 100 10 1 0.1 0.1 1 10 100 1000频率（KHz）3.1.19 阻抗、ESR与温度的关系 如图所示，在100KHz时，阻抗和ESR表现一致，随温度增加而下降。 100KHz ESR与温度ESR变化 -55 -40 -20 0 20 40 60 80 100 125温度（）3.1.20 直流漏电流漏电流与施加的电压，加压时间和所处的环境温度有关。应在20时施加额定电压测量。在测量电路中电容器串联一个1000欧的保护电阻。施加额定电压后3至5分钟，漏电流不得超过标称表中的规定值。这些是以0.01CV或0.5A（取大者）为基础的。3.1.21 漏电流与温度的关系 如图所示，漏电流随温度的提高而增大。在85至125操作时，最大工作电压（Vmax）必须降额使用，可按下式计算：Vmax=（1-（T-85）/125）VR（伏）其中，T为要求的工作温度。漏电流与温度 I/IR20 10 1 0.1 -55 0 40 80 125 温度（）3.1.22 漏电流与电压的关系当施加降额电压时，漏电流迅速降低到与额定电压VR相对应的值以下。漏电流的降压效果见图。这也有助于提高产品应用的可靠性。详细情况见3.1。 漏电流与额定电压 I/IVR 1 0.1 范围 0.01 0 20 40 60 80 100 额定电压（VR）%3.1.23 纹波电流对于给定温度上升超过环境温度，所允许的最大纹波电流来自于功率耗散限制。3.2 交流操作、纹波电压和纹波电流在交流应用中，电容器内不论是交流信号元件（视信号形式，振幅和频率而定），还是直流漏电流都要产生热。实际上第二个因素并不重要。电容器的实际损耗功率可用下式计算： P=I2R 或变形为I= （P/R） （方程式） P=E2R/Z2其中，I=均平方根纹波电流，安培R=等效串联电阻，欧姆E=均平方根纹波电压，伏P=损耗功率，瓦特Z=阻抗，欧姆，考虑频率 最大交流纹波电压（Emax） 从前一个方程式可得： Emax=Z（P/R） 方程式2其中P是最大允许耗散功率（见下表），但必须确保以下二点：1. 电容器的直流工作电压不能超过所施加的交流电压的正向峰值和直流偏压。2. 施加的直流偏压值和交流电压的反向峰值不能允许电压反向超过“反向电压”。以前的纹波计算： 以前的纹波电流和纹波电压是用以实验为基础所取得的功率损失，来加以计算的，该功率损失要求电容器本体在大气中其温度比室温提高10，这些数值可见表1。方程式1和2分别允许有最大纹波电流和最大纹波电压。片式钽电容器的热传导变化很大程度上视其安装方法而定。 表1：功率损失标称（在大气中）系列模压片式钽 系列模压片式钽纹波电流的温度纠正因素TempFactor+251.0+550.95+850.90+1250.40壳号最大功率损失wA0.075B0.085C0.110D(E) 0.150 对于电容器来说温度的上升可用红外线探测器测出。这就确保了通过固定在电容器表面的任何热电偶时都不会有热量损失。 C、D壳的结果 温升（） CD(E) 0 0.2 0.4 功率w几种电容器的测试结果如上图所示。所有的电容器都在FR4枚上测量，没有其他的散热。在1KHz至1MHz的不同频率提供纹波（电流/电压）。如上图所示，C号壳电容器的平均最大功率（Pmax）为0.11瓦。这和表1中所列举的数值相同。D号壳电容器的平均Pmax值伪0.125瓦，这比表1中的值0.025瓦要低一些。如果考虑到电容器ESR及频率，从图1就可看出有变化。因此对于指定的纹波电流来说，损耗的功率随频率而变化。这一点从图2中可清楚地看出，元件表面的温度在1MHz时比在100KHz时上升得多。下图就是关于ESR随频率变化的情况。对100KHz和1MHz正弦波输入量时的纹波电流与温度对比情况。 ESR与频率 ESR 1 0.1 0 100 1000 10000 100000 1000000频率（Hz） 温升() 60 1000KHz 40 1MHz 20 0 0.0 0.6 1.2 有效值电流(Amps) 如果把I2R绘成图，就如看出两条线实际上是重合的。如下图所示。温升() 60 40 20 0 0.00 0.20 0.40 FR 举例：钽电容器做滤波用，要求能够应付峰值为2安的、200KHz矩形波的电流。矩形波是正弦波的无穷级数在矩形波基本频率的奇次谐波的总和。相关的方程式为：I方=IPKsin(2f)+IPKsin(6f)+IPKsin(10f)+IPKsin(14f)+频率电流全幅值A有效值电流A200KHz600KHz1MHz1.4MHz2.0000.6670.4000.2860.7070.2360.1410.101让我们假设该电容器是6V68F，可测出ESR。频率ESR 欧功率w200KHz600KHz1MHz1.4MHz0.1200.1150.0900.1000.0600.0060.0020.001总的功率损失为0.069瓦。从前而图中D号壳的结果可看出，该功率可导致电容器表面温度上升约5。2.2 热控制 纹波电流造成功率消耗而使电容器发热。该热量等于I2R，其中I为给定频率的有效值电流，R为相同频率时的ESR。热量由外表面传入。从该点传入的效果如何视热控制而定。 在2.1中给出了功率损失（消耗）标称值。如果充分散热或强行制冷就可接近该标称值。实际上，在无特殊的热控制高密度装配单元，要求高与周围温度10的功率损耗可能达到接近10倍。在这种情况下应规定电容器的实际温度（用热电偶探测器或红外线扫描仪都行），如果超过以上极限则有必要指定一个低ESR的元件或教高的额定电压。 片式安装的热损耗热阻抗曲线图 C号壳 电容器本体 236CW 121CW 73CW120100 80 60 40 20 0 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 功率、直流瓦 纹波电流测试的结果树脂本体3.3 可靠性和失效率计算3.3.1 稳态 钽电介质基本上无磨损机理，在某些情况下还有一定的自愈作用。然而在操作中可能出现不规则的失效。钽电容器的失效率会随时间而降低，而不会象其它电解电容器和其它电子元件那样增高。图1 钽可靠性曲线 初期失效率无穷使用寿命 使用寿命可靠性受到电压下降、温度和串联电阻的影响。使用寿命的可靠性受三个因素的影响。可计算出失效率的方程如下： F=Fu FT FRFB其中Fu是工作电压/降额电压引起的纠正因素。 FT是操作温度所引起的纠正因素。 FR是电路的串联电阻引起的纠正因素。 FB是基本失效率等级。对标准钽产品来说是1%/1000小时。基本失效率标准钽产品在额定电压、标称温度和0.1欧/伏电路阻抗与M级可靠性一致（即：1%/1000小时）。这就是我们所知道的基本失效率FB，用于计算操作可靠性。改变失效率的操作环境的结果在 页有说明。工作电压/降额电压如果电容器所具备的电压级别高于所使用的电压上限，则可提高操作可靠性。这就是所谓压额电压。图2a，就说明了降额电压（施加电压和额定电压间的比例）与失效率之间的关系。图中给出了任何工作电压的纠正因素Fu。 图2a 降额电压对失效率F的纠正因素（60%） 纠正因素 1.0 0.01 0.0001 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 施加电压/额定电压 图2b 我们推荐的降额电压 工作电压v40 一般电路中的 20 规定范围 低阻抗电路中 的规定范围 0 4 10 20 50额定电压v 图2c 作为电路阻抗中的推荐降额电压工作电压/额定电压1.0 0.5 推荐范围 0 0.01 1.0 100 10000电路阻抗（0hm/v）工作温度 如果电容器的工作温度低于标称温度，则工作可靠性会提高，见图3。该图给出了任何温度下工作时的纠正因素。 图3 环境温度对失效率F的纠正因素（60%置信度） 纠正因素 100 1.0 0.01 20 40 60 80 100 120 温度电路阻抗所有固体钽电容器都需要限流电阻以保护介质免手浪涌电压的破坏。我们推荐使用串联电阻。较低的电路阻抗可导致失效率的提高，尤其是当温度高于20。导电低阻抗电路可能对电容器施加浪涌电压，非导电电路可能对电容器施加浪涌电流，导致局部过热和失效。推荐的阻抗为1欧1伏。如不适用的话，应使用相应的降额电压（见MIL手册217E）。图4就说明了对于提高串联电阻来说的纠正因素FR。 图4 对于串联电阻R来说就基础FR方面，对失效率F的纠正措施（60%置信度） 电路电阻 欧/伏FR3.02.01.00.80.60.40.20.10.070.10.20.30.40.60.81.0对于低于0.10hm/v的电路阻抗，或者飞行任务的关键应用上，应考虑电路保护问题。理想的解决方法是采用AVX表面安装技术薄膜保险丝串联。计算举例：假设一个12v的电源线。设计者需要容量约为10F的电容器来充当视频带宽放大器附近的去耦电容器。因此电路的阻抗仅受电路板电源设备输出阻抗和印制线电阻的限制。让我们假设它最小为2欧，即0.167欧/伏，工作温度范围为-2585。如果计算10F 16V的电容器，其工作失效率如下：a FT=1.085b FR=0.850.167欧/伏c Fu=0.08施加电压/额定电压=75%d FB=1%1000小时，基本失效率等级因此换用20V的电容器，工作失效率变化如下：Fu=0.018施加电压/额定电压=60%F=1.0 0.85 0.018 1=0.0153%/1000小时3.3.2 动态固体钽电容器耐浪涌电压和浪涌电流的能力有限。上述浪涌电流会导致电容器失效，其失效率不能象稳态可靠性那样通过一个简单的公式计算出来。大家知道，由电路设计师所控制的用来减少失效发生率的两个参数是降额和串联电阻。 下表总结出不对电容器施加压额电压，即施加额定电压的结果。 施加降额电压的实验结果容量和电压试验个数施加50%降额不降额47F 16v1,547,5870.03%1.1%100F 10v632,8760.01%0.5%22F 25v2,256,2580.05%0.3%从实验结果我们可清楚地看出，施加的降额幅度越大，发生浪涌失效的可能越小。必须记注的是该结果是由高效加速浪涌试验机测试而来，以百万分之几来计算的低失效率可适合于终端客户。通常大家都会有个错误的概念，即钽电容器的漏电流可预测出浪涌电压的失效率。用47F 10V表面安装电容器针对不同漏电流所做的实验结果可推翻这一点。实验结果见下表。 漏电流与浪涌失效率的数量试验数浪涌失效数标称漏电流范围0.1A1A10,00025超出目录限制5A50A10,00026归入短路类50A500A10,00025再次重申，大家必须记住的是该结果由高频加速浪涌试验机测试而来，以百万分之几来计算的低失效率更适用于终端用户。 推荐降额表降额电压工作电压3.36.351010201225153524串联组合(11)假设一个6.3伏的电容器降额到5伏使用。钽电容器的稳态可靠性受三个参数的影响：温度、串联电阻和降额电压。再40和串联电阻为0.1欧/伏的情况下，电容器的可靠性为： 失效率：=FUFT FR 1%/1000小时 =0.150.111%/1000小时 =0.015%/1000小时如果用一个10伏的电容器来代替，则换算系数为0.006，稳定可靠性则为： 失效率 =FUFT FR 1%/1000小时 =0.0060.111%/1000小时 =610-4%1000小时3.4 钽电容器的安装焊接方式和主板安装焊接温度和时间控制到最低有助于连接。对于波焊来说合适的结合为230250，3至5秒。下图表明了气相以及红外线再流焊温度，并被设计来确保电容器内部温度不超过220。预热方式根据所使用的再流焊设备而有所变化，时间和温度的最大值为10分钟和150。再流焊后可能立即发现小的参数变化，在电性能试验前元件应在室温下稳定。 红外线再流焊结合温度时间 最大值的允许范围 温度() 260 250 240230220210 0 15 30 45 60时间(秒)推荐范围 允许范围 危险范围 用再流焊和波峰焊。 波焊结合温度/时间 最大值的允许范围 温度()270260250240230220210200 0 2 4 6 8 10 12焊接时间(秒)预热允许范围 谨慎允许范围 危险范围 红外线再流焊：允许基片均匀加热的额外加热时间元件焊接区温度 组件不再加热，不强行冷却240186焊接熔化温度120200 1 2 3 4 5 时间（分） 焊接熔点均热时间 1）激活焊剂 2）允许主板中心温度跟上边缘温度组件进入预热区 推荐斜率低于2/秒波焊：3-5秒温度（）240200100 - 150最大160自然冷却120波80见相近的产品规范400 100 110 120无铅方案 引出端可与下列无铅焊膏兼容：SnCu、SnCuAg及SNCuAgBi。它也可与现有SnPb焊膏/设备兼容。推荐的红外线再流焊图如下： 无铅再流焊图 300250150100 500 0 50 100 150 200 250 300预热：15015/60-90秒最大斜率：2.5c/秒 峰值温度：2405c大于230c的时间：最多40秒3.5 电容器的机械性能和热性能5.1 加速 98.1m/s2（10g）5.2 振动频率 102000Hz，0.75mm， 98.1m/s2（10g）5.3 冲击 不规则四边形脉冲，6ms， 98.1m/s25.4 基片粘接 IEC384-3。最小5N。5.5 耐基片弯折 元件的柔性引线可减少电容器基片弯折所带来的压力。5.6 焊接方式 只有焊接温度270，焊接时间3秒，电路板厚度1.0mm，允许浸焊。5.7 安装说明 即使在安装电容器时是处于最差状况，也不允许超过温度上限（电容器表面温度的最大值）。尤其是在辐射热很强的附近测定时更要考虑这一点。此外还应注意，在弯折引线时，弯折力不能使电容器外壳变形。5.8 安装位置 无限制。5.9 焊接说明 不能使用含酸的焊剂。5.10 印刷电路板的情况 钽电容器和大多数印制板清洗设备兼容。如进行带水清洗，试验前应允许元件被烘干。如使用超声波，功率不应低于10w/升。还须注意避免振动点。4 陶瓷贴片电容4.1 陶瓷电容特性及与其它电容对比从封装形式来说陶瓷电容有引线和SMD型，模块电源中一般为SMD型，下面均指SMD型。按介质材料来分，陶瓷电容可分两大类：I类介质和II类介质。I类介质主要有钛酸盐构成，但钛酸钡不是主要成分，特点是介电系数低，构成的电容器容量小，但电性能稳定，没有随时间老化的特性，电容量随温度、电压、频率变化小，绝缘电阻高，损耗小（Q值高）。最常见的I类介质电容是COG（NPO）型温度补偿电容（可小于正负30 ppm/）。II类介质一般有钛酸钡组成，最常用的是X7R和Y5V型。II类介质相对I类介质来说介电系数大得多，因此可以做出大容量电容，特点是容量随温度、电压、频率变化大，绝缘电阻低，损耗大。常用的X7R等类别代号是由EIA给出的（Electronic Industries Association），II类介质代号含义如下表。第一位代表工作温度范围下限，第二位代表工作温度上限，第三位则代表在工作温度范围内容值的变化。可以看出Z5U介质特性介于X7R和Y5V之间。表1、II类介质类型及其温度特性陶瓷电容的容量/体积比比不上铝电解电容，更比不上钽电容。钽电容在E型封装里最大可以做到1000uF 4V，片式陶瓷电容在厂家资料中有100uF的产品，但一般说来容量大于22uF的产品产量少，不易采购，体积大于1210封装的陶瓷电容的装配焊接难度也更大，容易出现故障。引线框架型陶瓷电容可以获得较大容量，但由于生产厂家少，价格昂贵，且同样容易出现可靠性问题。4.2 应用领域4.2.1 时钟电路电容、补偿电路电容 COG类型陶瓷电容稳定性好，容值随时间、温度、直流偏压、工作频率改变小，适合于精度要求一般的时钟电路。X7R乃至Y5V之类的II类介质陶瓷电容不适合用作时钟电路电容。时间常数很大的场合有时会用到电解电容，这样的情况在模块电源中不会碰到。反馈补偿网络中的电容一般可以选择C0G和X7R类型电容。使用Y5V类型时在不同工作温度下容值变化太大，导致补偿零、极点位置变动大，容易导致模块工作不稳定。. 4.2.2 退耦电容 用于单IC的退耦时，陶瓷电容优于钽电容，前者的ESR 、ESL比后者小，高频响应更好，在维持同样的电压时陶瓷电容需要的容值比钽电容小。聚合物电解电容的ESR一般大大小于普通低ESR钽电容，但其ESL还是要大于陶瓷电容。设计时应当考虑当温度升高、加有直流偏压时陶瓷电容的容值会下降（这一点钽电容由于陶瓷电容），特别是Y5V和Z5U类型的陶瓷电容。当要求的退耦电容容值较大时，使用钽电容还是比较节省空间和成本的。4.2.3 滤波电容用于滤波时应针对不同频率来考虑。钽电容由于容值较大，在低于数百KHz的频率下阻抗小，滤波效果好；陶瓷电容则适合于更高频率的滤波。对于陶瓷电容也要考虑温度、直流偏压对容值的影响。钽电容则应考虑温度对ESR的影响。聚合物电解电容是比较合适的选择。X5R和Y5V的陶瓷电容容量可以做到很大，适合用作输出滤波。由于X5R的工作上限温度和Y5V一样，下限温度比Y5V低，且容值的温度稳定性好得多（10），在工作电压下容量变化也小得多，更适合用作滤波电容。太阳诱电陶瓷电容中1210封装X5R电容容值最大有47uF 6.3V(型号为JMK325BJ476MM，DF值为10，可以计计算出300KHz下ESR为1.1m)和22uF 16V（型号为EMK325BJ226MM，DF值为5，可以计算出在300KHz下ESR为1.2m），厚度均为2.5m