电容基础知识及选用规则.ppt

电容基础知识和选用规则 可靠性设计的目的 可靠性设计是为了在设计、生产、使用过程中挖掘和确定隐患，并采取设计预防和设计改进措施，有效地消除隐患。从而形成产品的固有可靠性。 产品可靠性的三个阶段：设计阶段、生产制造和使用过程。 电容知识和选用规则 一、电容分类 二、电容器器件简介 三、工作区、产品额定工作点的定义 四、 规则 五、电容器器件选择要点 一、电容分类 非固体铝电解电容器 固体钽电解电容器 金属化薄膜电容器 一般的金属化薄膜电容器 安规电容 陶瓷电容器 I 类瓷介电容器（NP0、SL） II 类瓷介电容器 III 型介质陶瓷电容器 磁性瓷陶瓷电容器 二、电容器器件简介 1.非固体铝电解电容器介绍 非固体铝电解电容器的工作介质是在金属铝极箔表面用电解法生成的一层金属氧化物──三氧化二铝（Al2O3），之所以称为非固体，是因为铝电容器的负极是由液体（也称作电解液）充当的。铝电解电容器的结构图如下： 铝电解电容器在电路中主要起滤波、隔直、稳压的作用，实际制造出来的电容器在电路中使用时并不是理想的元件，含有ESR和ESL，其等效电路图如下： ESR的存在是电容器工作时发热的最主要原因，它不但决定了流过电容器的纹波电流的大小，更是影响电容器实际使用寿命的重要因素。铝电解电容器的芯子是卷绕而成的，所以有ESL的存在，它决定了铝电解电容器工作频率不能太高，否则就没有滤波效果，铝电解的工作频率一般在几十Hz~~100KHz。铝电解电容器是有极性的，在应用时绝不能反接。 1.非固体铝电解电容器介绍 相对于其它阻容器件来讲，铝电解电容器因含有液体作负极材料，所以失效率相对较高，且有严格的寿命要求，这在设计选型时需考虑。铝电解常见的失效模式有：短路，开路，电参数性能劣化，防爆阀开裂，漏液。 从铝电解电容器应用过程中的失效原因看，主要有以下三种： ◆电应力引起的失效； ◆ 热应力引起的失效； ◆ 机械应力引起的失效； 2、固体钽电容器 钽电容器是以钽金属作阳极，钽金属氧化物（Ta2O5）作介质，以MnO2或导电聚合物作阴极的电容器。固体钽电容器的制造工序是：先将金属钽粉压制成型，通过高温烧结制成阳极体，将阳极体通过阳极氧化工艺形成Ta2O5介质，再经过被覆工艺引出MnO2阴极，裹石墨、银浆料，最后包封环氧树酯。钽电容器是目前世界上比容最大的电容器。  高的工作电压直接击穿Ta2O5介质，导致短路失效； 高的环境温度导致电容器失效，纹波电流是发热的根本原因，必须限制； 较高的工作电压，较高的环境温度的双重作用，造成局部Ta2O5介质膜晶化，导致击穿。 反向电压直接破坏Ta2O5介质，导致电容器失效 过大的冲击电流，使钽电容器丧失自愈能力，导致开，关机过程钽电容器失效。 因此，选择工作电压，反向电压，壳温，纹波电流，冲击电流作为降额考核点。 3、金属化薄膜电容器 薄膜电容器是以纸，塑料等薄膜材料作绝缘介质的一类电容器。金属化薄膜电容器是直接在聚酯膜，聚丙烯等薄膜材料上蒸镀金属作为电极而制成。金属化薄膜电容器的特点是损耗低，温度特性，高频特性好，自愈能力强。 常用的薄膜材料有聚酯膜，聚丙烯膜等。表贴电容器采用耐温更高的聚苯硫醚薄膜。 3、金属化薄膜电容器 ①过高的环境温度，直接破坏电容器介质膜； ②长期的高温环境，加速薄膜材料的老化，使器件绝缘，耐压能力下降。 ③高纹波电流引起的发热，对电容器造成同样的破坏。 因此，选择工作电压，环境温度，纹波电流作为降额考核点。 4、陶瓷电容器 陶瓷电容器是以陶瓷材料作介质的电容器, 特性主要取决于介质特性和结构。 按介质材料特性可分为 I 型介质，II 型介质，III 型介质，磁性瓷等，常用的是I 型介质、II 型介质陶瓷电容器。 I 类瓷介电容器（NP0、SL）的主要特点是介质损耗低，电容量对温度，频率，电压和时间的稳定性高。 II 类瓷介电容器（X7R、X5R、Y5U）是一种具有高介电常数的电容器，此类电容器的主要特点是体积小，容量大，但损耗角正切值较大，容量对温度，频率，电压和时间的稳定性比较差。 从结构上可分为单层陶瓷(引线式瓷介电容器)和多层陶瓷(引线式独石电容器， 片状多层陶瓷电容器)。 4、陶瓷电容器 陶瓷电容器常见失效模式：电致开裂、热致开裂、机械应力产生裂纹等。常见故障现象为绝缘电阻下降而漏导电流上升直至击穿。 综合上述情况，电压、温度降额使用是提高电容器工作可靠性和寿命的重要手段。因此选取工作电压V、壳温TC为陶瓷电容器的降额考核点。 三、稳态、