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电容器选型简要介绍

时间:2021-10-03 来源:本站 点击: 2496 次

作为一种储能和滤波元件电容器用途广泛但是与不同电路具有不同特点的电信号一样不同种类的电容器的性能特点也不同如果电路信号特点和电容器的性能特点不匹配即使是电容器本身质量没有问题在使用时效果也不能达到使用要求从电容器本身讲只有合适的使用条件电容器本身的性能优势才能得到发挥从电路设计者的角度出发选择性能合适的元件才可以保证电路性能达到设计要求

在实际过程中经常有这样的问题出现电路设计者由于对电子元件的性能特点了解不够选用的元件类型不合适从而导致电路电信号变化不能满足设计要求有时候甚至由于选择的电子元件性能与设计要求不匹配而出现严重的质量问题 上述问题已经屡见不鲜 而电容器提供者由于对电路信号特点了解不够对选型未提出重要的建议最终导致使用中出现严重的质量问题甚至更多

要想基本解决上述问题

第一电路设计者必须具有非常扎实的各类电子元件基础知识对不同类型的电子元件优缺点有充分的了解 保证用其所长避其所短不能因为对电路信号控制非常熟悉就以为自己的设计不会出现问题

第二生产商必须向电路设计者提供足够的使用前技术服务而且生产商必须对其产品的缺点及其避免方法讲清楚不能一味替自己的产品优点吹牛而对此产品的缺点一带而过 

对于生产商很少有人能够把不同电路的电信号特点搞清楚对于可能的使用不当没有预先提出必须的合理建议实际上非常普遍对于使用者忽视对元件性能的足够了解已经成为很多电路设计故障率不能达到基本要求的首要原因

上面的图可以看出不同种类的电容器依据自身性能特点适用于不同类型的电路这是电容器选型的基本的最简单的分类更具体的电容器选型分类见下面的简单介绍

1根据使用频率的高低选择电容器种类

由于不同类型电容器的频率性能差别非常大因此如果某电路的工作频率非常高超过MHZ而且电路信号强度较弱此时叠层陶瓷电容器是最佳的选择尽管都是是滤波和储能充放电在工作频率一定时一定要考虑到不同种类的电容器的频率特性是否与电路工作频率相符?因为不同种类电容器有自己合适的使用频率范围所有的电容器都有随工作或测试频率的增加电容器容量逐渐降低损耗逐渐增加的现象否则电容器的基本容量和阻抗特性就会因为工作频率的过高或过低而发生很大变化最后可能导致电路信号特点不能达到设计要求如果工作频率在中频率段以下对电容器在不同温度下的参数值一致性要求较高那么选择固体钽电容器器可能较合适有时候你必须对它们的性能特点有所取舍首先一定得清楚某种电容器的那方面特点是自己必须选择它的理由此点非常重要

2根据环境温度变化要求选择电容器种类

  不同种类电容器的温度特性差别非常大如果用户使用的环境温度变化幅度较大例如一年四季都在室外工作的电子设备或者在较短时间从低空到温度极低的高空此时无论你的电容器作为滤波或充放电你必须选择在宽温范围内电容器容量和阻抗及漏电流变化最小的电容器否则你的电路可能会在不同环境温度下呈现出不同的信号变化幅度非常有可能导致电路整体失效如果某电容器的实际使用一般都在温度变化非常小的环境下则可以不必特别关注电容器的温度特性 

目前电容器中温度特性最好的是固体钽电容器某些高压固体钽电容器在-55-+125度的温度区间里容量的变化率可以达到-3-+5%以内对于航空和宇航电路电容器必须具有非常出色的温度特性才可以达到使用要求

温度特性好坏可以看下面的排列温度特性较差的电容器在最后

钽电容器≥NPO型陶瓷电容器≥固体铝电容器≥液体钽电容器≥云母电容器≥叠层陶瓷电容器[MLCC]≥液体铝电容器

如果你的电子整机工作环境温度变化较大必须考虑到所选择的电容器在各种极限温度下电性能参数的变化范围是否仍然可以基本满足你的电信号变化幅值要求?

3根据输入功率和输出功率大小选择电容器

电容器可以大量被使用在诸如蓝牙耳机和手机这样的电子设备中同时它也可以被使用在各种大功率电源上作为整流器和瞬时备用电源使用在使用在电量非常小工作频率非常高的手机类电子产品上时即使是漏电流偏大ESR较低产品一般也很难出现质量问题除非是电容器本身就是废品当使用在输入和输出功率都较高的电路中时例如电源滤波和放电电路电容器不光需要有更低的ESR还必须具有非常低的漏导电流否则会导致击穿概率增加和输出的功率波形不能满足要求 由于不同种类电容器的体积电容量不同因此设计时必须根据输出功率需求选择足够容量和耐压的电容器

由于不同电容器的自身阻抗不一样因此在输入和输出功率较大时必须考虑到该电容器的自身电阻导致的温度升高幅度和自身散热能力的平衡问题此类电路必须考虑到峰值输出输入时的温度变化和耐压变化是否符合电路安全性要求

4根据电路板体积和安装面积要求来选择电容器

在高度集成化工作频率较高的的电路必须使用片式化的能量密度较高的电容器片式化实际上不单提高了电容器的体积容量比同时由于产品结构的变化电容器的电感降低了很多较低的ESL[等效串联感抗]同时决定了该产品具有较低的ESR[等效串联电阻]而这两个参数是决定电容器频率特性好坏的决定性参数因此在此类电路应该尽可能不要使用引线又细又长的电容器和其它器件

在线路板安装面积足够时能够选择规格相同而壳号大一号的产品就不要选择壳号更小的产品因为它们尽管基本电性能一样但可靠性不同壳号大的产品可靠性一般肯定高一些盲目的尽可能选择体积更小的电容器必须具备一个基本的前体条件整机的输入和输出功率必须小 否则电容器的可靠性降低将影响到整机的可靠性

5根据交流纹波大小来选择电容器

使用在滤波电路中时电容器必须承受一定频率和一定幅值的交流电压和交流电流导致的发热冲击同时电容器必须承受在开关的瞬间不可避免的直流高电压大电流浪涌使用在此电路的电容器必须选择规格和种类合适的电容器如果只是考虑到直流耐压足够是远远不够的同时你必须考虑到不同电容器具有不同的耐纹波能力 电容器耐纹波能力的排序见下

MLCC≥卷饶式涤纶电容器≥片式氧化铌电容器≥高分子片式钽电容器≥高分子固体片式铝电容器≥以二氧化锰为阴极的片式钽电容器≥液体铝电容器≥液体钽电容器

6根据电压高低来选择电容器种类

对于使用电压较高的电路因为一旦出现击穿就可能产生很严重的后果因此安全性是首先考虑的因素高压陶瓷电容器的安全性最高其次是涤纶电容器和高压铝电容器耐压最低的是高分子电容器和氧化铌电容器

7根据电路可靠性要求来选择电容器种类

如果某一电路既可以使用钽电容器也可以使用氧化铌电容器也可以使用铝电容器我建议您参考下面的电容器可靠性排名

氧化铌电容器≥钽电容器≥MLCC≥铝电容器

8根据电容器价格来选择电容器种类

有时候在销售价格较低的民用一次性消费品上也大量使用电容器在价格对利润影响较大的时候安全性更重要绝对不能用牺牲安全性的方法来选择可靠性不够的电容器实际上电容器的可靠性可以计算出来如果您对片式钽的可靠性感兴趣可以阅读我的博客中的[钽电容器使用技术指南]实践往往都证明了过分考虑成本得到的结果都是事与愿违。。

9根据综合因素来选择电容器种类

很多时候电路信号特点非常复杂此时合理地选择电容器类型必须建立在您对各种电容器性能特点非常了解的基础之上由于电容器厂家实际具有的电容器知识更深因此用户可以要求电容器厂家必须提供更为详细的技术服务甚至可以要求厂家提供的某类电容器必须通过某项特殊实验此时的选型不可简单定论但供需双方切实的技术交流非常必要其关键

电容器是所有电子整机设备中最容易出现问题的电子元件据统计在电源电路中70%以上的故障与电容器有直接关联在高功率性设备中占的比例更高从我碰到的使用条件看至少50%以上的电路问题都与电容器类型或规格选择不合适有直接关系

实际上合理的电容器选型可以避免许多质量问题和电路信号问题的出现有时候正确的选型甚至比合理的电路设计更重要选型因此成为复杂电路系统制造工程的一环必须得到电容器生产厂家和电路设计者的共同重视这一步骤对双方都非常必要