《电容的基础知识》PPT课件.ppt

1、2020/9/7,MSIK DQA2專用,1,電容基礎知識簡介,DQA2 Golden 2003/11/11,2020/9/7,MSIK DQA2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,2020/9/7,MSIK DQA2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=7-10 Ta2O5=28,引線端子(正極),引線端子(負極),金屬導體,2020/9/7,MSIK DQA2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

2、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,2020/9/7,MSIK DQA2專用,5,各類電容器特性比較,2020/9/7,MSIK DQA2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.,2020/9/7,MSIK DQA2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,2020/9/7,MSIK DQA2專用,8,電解電容器構造,2020/9/7,MSIK DQA2專用,9,電解

3、電容器製作程序,2020/9/7,MSIK DQA2專用,10,電解電容器特性(1),標稱電容量（Nominal Capacitance）,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（Capacitance Tolerance）,K（10%）, M（20%）, V（-10+20%）,額定工作電壓（Rated Working Voltage）（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。,2020/9/7,MSIK DQA2專用,11,電解電容器特性(2),突波電壓（Surge Volt

4、age）（SV）,工作溫度範圍（Operating Temperature Range）,-25+85 , - 40+ 85 , - 25+105 , - 40+105,散逸因素（Dissipation Factor）（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。,2020/9/7,MSIK DQA2專用,12,電解電容器特性(3),等效串聯電阻（Equivalent Series Resistance）（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）。

5、ESR= DF/2f C,洩漏電流（Leakage Current）（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。 I0.01CV or 3A Whichever is greater 上示公式須視不同系列產品而定。,2020/9/7,MSIK DQA2專用,13,解電容器特性(4),漣波電流（Ripple Current）（RC）,在最高工作溫度及120Hz（or 100KHz）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（Low Temperature Characterist

6、ics）,係指在-25/-40時，與在常溫20之最大阻抗比。,2020/9/7,MSIK DQA2專用,14,壽命計算,壽命估算(Life Expectancy) : 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)/10 Lx=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/1000Hrs 650C壽命推估:Lx=1000*2(105-65)/10 實際工作壽命:16000Hrs,2020/9/7,MSIK DQA2專用,15,壽命計算,實際計算 L2 = L1* 2(

7、T1-Ta)/10*2(Ta-T2)/K Where L1: Guaranteed life at T1 degree C L2: Expected life at T2 degree C T1: Upper category temperature T2: Actual operating temperature, ambient temperature + temperature rise due to ripple current heating. Ta: Ambient temperature K=10, if ripple current is within the specific

8、ation of EL Capacitor. K=5, if ripple current is out of the specification of EL Capacitor.,2020/9/7,MSIK DQA2專用,16,壽命試驗,高溫負荷壽命(Load Life) 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(Shelf Life)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

9、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,2020/9/7,MSIK DQA2專用,17,壽命試驗,高溫充放電試驗(Charge/Discharge Test) 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1,000 cycles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(Ripple Life) 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

10、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,2020/9/7,MSIK DQA2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】,2020/9/7,MSIK DQA2專用,19,多層陶瓷電容,介紹 結構及特性 製作工藝,2020/9/7,MSIK DQA2專

11、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 .,2020/9/7,MSIK DQA2專用,21,結構及 特性,2020/9/7,MSIK DQA2專用,22,設計原則,2020/9/7,MSIK DQA2專用,23,結構及 材料,2020/9/7,MSIK DQA2專用,24,分類,2020/9/7,MSIK DQA2專用,25,溫度系數符號,EX. : C0G=NP0 N:Negative P:Pos

12、itive,2020/9/7,MSIK DQA2專用,26,溫度特性符號,Ex: X7R Y5V Z5U X:-55 Y:-30 Z:+10 7:+125 5:+85 5:+85 R: +/-15% V:+22-82% U:+22-56%,2020/9/7,MSIK DQA2專用,27,特性曲線,2020/9/7,MSIK DQA2專用,28,老化特性,The capacitance can be regained after soldering procedure or backing treatment at 1500C or 1hr,2020/9/7,MSIK DQA2專用,29,MLC

13、C的焊接,2020/9/7,MSIK DQA2專用,30,製作工藝,2020/9/7,MSIK DQA2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

14、,高磁通量粗導線的電感線圈,以及超低的ESR 輸 入 輸出電容.,2020/9/7,MSIK DQA2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Ripple Current: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) / Phase EX: Vin=12v; Vout=1.75v, Io=60A; 3Phase D=Vout/Vin=1.75/12=0.1458 Irc =(60* 0.1458* (1-0.1458)/3 =7.058A 我們需要三顆1500uF/16V的 EL CAP,2020/9/7,MSIK DQA2

15、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EL CAP,2020/9/7,MSIK DQA2專用,34,電容壽命的計算,公式： L2 = L1* 2(T1-Ta)/10*2(Ta-T2)/K EX ：T1=1050C, Ta=550C, T2=680C, L1=3000hr L2=3000*2(105-55)/10*2(55-68)/10 =38988hr =4

16、.4 year 固態電節電容 L2 = L1* 10(T1-Ta)/10*10(Ta-T2)/K,2020/9/7,MSIK DQA2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.,2020/9/7,MSIK DQA2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