《电容的基础知识》PPT课件.ppt

2020/5/13,MSIKDQA2專用,1,電容基礎知識簡介,DQA2Golden2003/11/11,2020/5/13,MSIKDQA2專用,2,摘要,電容基礎知識電解電容簡介MLCC簡介電容在MB上的應用,2020/5/13,MSIKDQA2專用,3,電容的基礎知識,定義:相對兩導體間存在著電氣絕緣,電氣絕緣體(介質)介質常數:Al2O3=7-10Ta2O5=28,引線端子(正極),引線端子(負極),金屬導體,2020/5/13,MSIKDQA2專用,4,電容器種類,按結構可分為：固定電容、可變電容和微調電容,電容器,紙質電容器,雲母電容器,塑膠電容器,陶瓷電容器,電解電容器,鋁液體電解電容器,鋁固體電解電容器,鉭液體電解電容器,鉭固體電解電容器,導電高分子電容器,OS-CAP,2020/5/13,MSIKDQA2專用,5,各類電容器特性比較,2020/5/13,MSIKDQA2專用,6,電容器之應用,電容在電路中具有隔斷直流電,通過交流電的作用,因此常用於極間偶合、濾波、旁路及信號調諧.,2020/5/13,MSIKDQA2專用,7,電解電容器構造及特性,電解電容器構造電解電容器製作程序電解電容器特性電解電容器壽命計算常用電解電容公式,2020/5/13,MSIKDQA2專用,8,電解電容器構造,2020/5/13,MSIKDQA2專用,9,電解電容器製作程序,2020/5/13,MSIKDQA2專用,10,電解電容器特性(1),標稱電容量（NominalCapacitance）,係指在測試頻率120Hz時所測得之電容量，電容量與金屬（鋁箔）相對面積及介質常數成正比，與兩極間距離成反比。C=A/d,電容量誤差（CapacitanceTolerance）,K（10%）,M（20%）,V（-10+20%）,額定工作電壓（RatedWorkingVoltage）（WV）,在最高工作溫度下，電解電容器可以承受之最高直流電壓。,2020/5/13,MSIKDQA2專用,11,電解電容器特性(2),突波電壓（SurgeVoltage）（SV）,工作溫度範圍（OperatingTemperatureRange）,-25+85,-40+85,-25+105,-40+105,散逸因素（DissipationFactor）（120Hz）,以DF或tan表示之，其中係損失角。電壓與電流之相位角為，而+=90,在最高工作溫度下，電解電容器可以承受之相當瞬間最高峰值電壓。,2020/5/13,MSIKDQA2專用,12,電解電容器特性(3),等效串聯電阻（EquivalentSeriesResistance）（ESR）,通電產生電容量同時伴生之最大電阻值。（電極電阻+電解質電阻+介質損失）。ESR=DF/2fC,洩漏電流（LeakageCurrent）（LC）,電容器施加直流電壓，經規定時間後繼續流通之最大直流電流。I0.01CVor3AWhicheverisgreater上示公式須視不同系列產品而定。,2020/5/13,MSIKDQA2專用,13,解電容器特性(4),漣波電流（RippleCurrent）（RC）,在最高工作溫度及120Hz（or100KHz）頻率下，電解電容器可以承受之最高交流電流。（溫度/頻率補正係數）Icap(rms)=IoD(1-D)/Phase,低溫特性（LowTemperatureCharacteristics）,係指在-25/-40時，與在常溫20之最大阻抗比。,2020/5/13,MSIKDQA2專用,14,壽命計算,壽命估算(LifeExpectancy):電解電容在最高工作溫度下，可持續動作的時間。Lx=L0*2(T0-Ta)/10Lx=實際工作壽命L0=保證壽命T0=最高工作溫度(850Cor1050C)Ta=電容器實際工作周圍溫度Example:規範值1050C/1000Hrs650C壽命推估:Lx=1000*2(105-65)/10實際工作壽命:16000Hrs,2020/5/13,MSIKDQA2專用,15,壽命計算,實際計算L2=L1*2(T1-Ta)/10*2(Ta-T2)/KWhereL1:GuaranteedlifeatT1degreeCL2:ExpectedlifeatT2degreeCT1:UppercategorytemperatureT2:Actualoperatingtemperature,ambienttemperature+temperatureriseduetoripplecurrentheating.Ta:AmbienttemperatureK=10,ifripplecurrentiswithinthespecificationofELCapacitor.K=5,ifripplecurrentisoutofthespecificationofELCapacitor.,2020/5/13,MSIKDQA2專用,16,壽命試驗,高溫負荷壽命(LoadLife)將電解電容器在最高工作溫度下，印加額定工作電壓，經一持續規定完成時間後，須符合下列變化：cap:試驗前之值的20%以內tan:初期特性規格值的200%以下LC:初期特性規格值以下高溫放置壽命(ShelfLife)將電解電容器在最高工作溫度下，經一持續規定完成時間後，須符合下列變化：cap:試驗前之值的20%以內tan:初期特性規格值的200%以下LC:初期特性規格值以下,2020/5/13,MSIKDQA2專用,17,壽命試驗,高溫充放電試驗(Charge/DischargeTest)將電解電容器在最高工作溫度下，印加額定工作電壓，經充電30秒後再放電330秒為一cycle，如此經1,000cycles後，須符合下列變化：cap:試驗前之值的10%以內tan:初期特性規格值的175%以下LC:初期特性規格值以下漣波負荷試驗(RippleLife)將電解電容器在最高工作溫度下，印加直流電壓及最大漣波電流（直流電壓+最大漣波電壓峰值=額定工作電壓），經一持續規定完成時間後，須符合下列變化：cap:試驗前之值的20%以內tan:初期特性規格值的200%以下LC:初期特性規格值以下,2020/5/13,MSIKDQA2專用,18,常用電解電容公式,容抗:XC=1/(2fC)【】感抗:XL=2fL【】阻抗:Z=ESR2+(XL-XC)2【】漣波電流:IR=(AT/ESR)【mArms】功率:P=I2ESR【W】諧振頻率:f0=1/(2LC)【Hz】,2020/5/13,MSIKDQA2專用,19,多層陶瓷電容,介紹結構及特性製作工藝,2020/5/13,MSIKDQA2專用,20,介紹,多層陶瓷電容又稱績層陶瓷電容,英文全稱為Multi-LayerCeramicCapacitor(MLCC).由陶瓷晶片和金屬混合燒烤擠壓而成,其容值與耐壓值均堆績層數和套磁片厚度有關.一般電容的堆疊厚度最多與寬相等.,2020/5/13,MSIKDQA2專用,21,結構及特性,2020/5/13,MSIKDQA2專用,22,設計原則,2020/5/13,MSIKDQA2專用,23,結構及材料,2020/5/13,MSIKDQA2專用,24,分類,2020/5/13,MSIKDQA2專用,25,溫度系數符號,EX.:C0G=NP0N:NegativeP:Positive,2020/5/13,MSIKDQA2專用,26,溫度特性符號,Ex:X7RY5VZ5UX:-55Y:-30Z:+107:+1255:+855:+85R:+/-15%V:+22-82%U:+22-56%,2020/5/13,MSIKDQA2專用,27,特性曲線,2020/5/13,MSIKDQA2專用,28,老化特性,Thecapacitancecanberegainedaftersolderingprocedureorbackingtreatmentat1500Cor1hr,2020/5/13,MSIKDQA2專用,29,MLCC的焊接,2020/5/13,MSIKDQA2專用,30,製作工藝,2020/5/13,MSIKDQA2專用,31,電容在MB上的應用,主板上用的電容,這里主要是指那些大個的電解電容,這些電容的作用基本上都是濾波用的.主板上用到這些大個電容的地方主要是電源電路部分,還有一些電容用於穩定參考電壓,一般會和電路地相連.由於現在的CPU功耗非常大,從低負荷到滿負荷,電流的變化是非常大的.為了保證夠在快速的負荷變化中,不會因為電流供應不上而歇菜,CPU供電電路要求具有非常快速的大電流響應能力.供電電路中的MOSFET,電感線圈和電容都會影響到這一能力.最理想的解決方法是使用最快速的MOSFET,高磁通量粗導線的電感線圈,以及超低的ESR輸入輸出電容.,2020/5/13,MSIKDQA2專用,32,輸入輸出電容的考量,輸入電容對於輸入電容主要考慮RippleCurrent:因為輸入電容主要是耐壓和吸收MOSFET的開關脈沖Icap(rms)=IoD(1-D)/PhaseEX:Vin=12v;Vout=1.75v,Io=60A;3PhaseD=Vout/Vin=1.75/12=0.1458Irc=(60*0.1458*(1-0.1458)/3=7.058A我們需要三顆1500uF/16V的ELCAP,2020/5/13,MSIKDQA2專用,33,輸入輸出電容的考量,輸出電容對於輸出電容耐壓和容量的要求可以低一些,而著重ESR,因為輸出電容要保證足夠的電流通過量.但並不是越低越好,低ESR會引起開關電路的震盪,而消震電路比較複雜,而且會增加很大的成本.這部分電容我們通常選擇46.3V,470680uF的ELCAP,2020/5/13,MSIKDQA2專用,34,電容壽命的計算,公式：L2=L1*2(T1-Ta)/10*2(Ta-T2)/KEX：T1=1050C,Ta=550C,T2=680C,L1=3000hrL2=3000*2(105-55)/10*2(55-68)/10=38988hr=4.4year固態電節電容L2=L1*10(T1-Ta)/10*10(Ta-T2)/K,2020/5/13,MSIKDQA2專用,35,電容的更換及品質,更換電容時一般選擇高耐壓值的電容.因為市場上很難買到低ESR的電容,這時通過提高電容的等級,可以一定程度上彌補這種缺陷.一般情況下使用16v,3300uF左右的輸入電容替換是沒有審麼問題的.主板的電容要求精度比較高,日產電容如Rubycon,Nichicon等,精度都非常好,壽命也比較長,而港產和臺產的就要差一些,通常臺產Gluxcon和Rubycon比較,相同容量,大概值能達到80%左右,也就是說,把3300uF的當2200uF用就好了.,2020/5/13,MSIKDQA2專用,36,關于電容暴漿,現象：膨脹、破裂、電解液溢出。考慮：對於發生電容爆漿這樣的事件,要從