电容元件选择指南.docVIP

电容电容通常是电路中使用最多的元件,目前常用的有MLCC多层陶瓷电容以及Solid TAN 电容。2.1电容的指标耐压指标额定电压rated voltage UR 允许的加到电容两端的最大持续直流电压。常说的电容耐压指的就是这个数据。电容的结构，材料，体积（绝缘层的厚度）决定其耐压值。反向电压reverse voltage对于有极性电容 polar capacitor ，要求两端电压方向不能变反.通常的极性电容都能容忍偶尔的短时间的反向电压，长时间加上较大反向电压可能导致破坏性后果。即便不发生破坏性后果，也会导致容量变小，损耗增大。容值AC Capacitance利用测试用正弦波测试电容AC阻抗得到的容值。有120HZ 和1KHZ 两个标准。测试电压0.5Vrms,DC bias 在2v 左右。(有较为通用的业界标准)DC capacitance利用充放电和RC定时电路得到的容值。通常情况下DC capacitance要比ACcapacitance 大一些，在耐压低的电容上差别还要明显。电容上标称的电容为额定值，一般是指AC capacitance，而且是在一定的测试方法下测得的,测试条件变化,将得到不同的容值。Temperature dependence电容温度变化时，容值也将发生变化。一般标称值是指室温下的容值。温度升高，容值增大，低耐压和大电容受温度的影响要严重一些。 Frequency dependence电容容值受到工作频率的影响，当频率升高时，由于受杂散电阻和杂散电感的影响，阻抗下降没有那么快。这直接导致了测量的AC cap（等效的容值）变小。下图为某电容的测试情况。 Dissipation factor tan损耗因素（损耗正切）其是电容的等效串联电阻ESR 与其容性电抗的比值，或者说是其消耗的power（有功）与其反射的power（无功）的比值。该值反映了电容的能量损耗，因为纯电容是不消耗能量的。工作频率高时，介质损耗增大。不同介质材料相对温度的损耗特性复杂一些。一般，温度升高，介质损耗增大。而对于通常材料的TAN，NB,在常温下,损耗最小.温度升高,降低都会导致损耗增大.电容的损耗因素与电感的Q 值相当,都反映了其的品质.Impendence：ESR: dielectric losses 和引线封装引起的，受频率，温度影响。通常来讲f 升高，ESR 降低，但此时损耗还是增加的。温度升高时，ESR 也是降低的。ESL：封装引线引起的，受频率影响，基本不受温度影响。-上图为某电容的典型阻抗特性，其经历了如下几个阶段。Ripple current允许通过电容的交流电流的RMS值（均方根值），可能是纹波或周期的工作电压引起的。依据损耗因素的定义，电容本身需要消耗一定的能量。这将引起电容自身温度上升，如果受到电容体积和layout 的限制，导致散热不良，将影响电容的寿命和性能。当环境温度较高时，允许的纹波电流应该更小。电容手册中给出了纹波电流的指标，但是温度和频率变化时，其允许的纹波电流也是变化的。纹波电流产生的热量是影响电容寿命的主要因素，因此在纹波电流较大的场合，应该尽可能的选择较大的耐压和容值的电容。 2.2电容的常识2.2.1.电容的标称值通常使用的E12 code,这点类似于电阻的命名.2.2.2电容的封装，精度，耐压同电阻的封装命名CASE M1608CASE P2012CASE A3216CASE B3528CASE C6032CASE D7343精度：K+-10% M+-20% 耐压:0J6.3V1A10V 1C16 2.2.3常用电容的特性同样case 的的电容封装中，耐压值和电容值是不可兼得的，可以认为成反比。同样case 的电容封装，成本与耐压和容值的乘积成正比。MLCC多层陶瓷电容陶瓷电容的4 个等级C0G : 0+/-30ppm/C (-55 - 125C)X7R : +/- 15% ( -55 - 125C)X5R : +/- 15% ( -55 - 85C)Y5V+20%,-80%(-35-85C)TAN电容Solid钽电Pos钽常用电容的特性比较钽电解电容可以较小的封装获得较大的容值.而陶瓷电容普遍容值较小。钽电解电容的ESR 普遍在1ohm 数量级(几ohm,几百ohm)，而MLCC 普遍在100mohm以下。钽电解由于封装和结构的原因,ESL 也较大。陶瓷电容可以允许较大的纹波电流，因为其ESR 较小，所以，同样的ripple 下，功耗小。不同电容的温度特性是不一样的,Y5V 的温度特性较差,因此不适宜在敏感电路出现。X7R 的系列MLCC 在DC bias 时容值变化不大，而Y5V 在DC bias 时容值变化很大，钽电容则基本不受DC bias 的影响，所以，尽量的选用耐压高的陶瓷电容的。通常X7R 的电容在dc bias 到rated voltage 时有1520的容值下降。而对于Y5V则有80的下降， 陶瓷电容由于固有的结构,在音频段会有嗡嗡声.如果PCB 设计不当,这个噪声会与结构产生共振,更加恶化.所以一般音频通路上不建议使用陶瓷电容. 2.3电容的选择原则1.耐压尽可能选择高耐压的电容。陶瓷电容一般要留30%的裕量，钽电容要满足50%的裕量，Y5V 则要求裕量更高。2.容值尽量不要选择在某封装和耐压下，最大可能的容值。因为这种电容受工艺影响，替换余地小。对容值要求不高的场合，可就近选择常用容值使用。如果是对容值要求较高的场合，比如匹配，则需要精确计算，并合理考虑，温度，误差，以及寄生效应的影响。3.ESR在一些对ESR 要求较高的滤波，退耦等场合，应该选择ESR 较小的产品。而在一些对ESR 要求不高的场合，比如耦合，可以放松对ESR 的要求。4.封装和纹波电流根据应用场合的纹波电流，留足裕量，选择合适