电容

电容

1.电容在电路中的作用

• 作为源而存在的，对后级电路提供能量（放电，容值要大）
• 对源进行充电（充电）
• 滤波（容值要偏小）
• 电容可以用水缸来形容
• 在电路设计中，电压要稳定，有的时候源和负载可能相隔很远，这个时候可以加一个电容，起到稳定作用（电容两端的电压不能激变）。

2.电容为什么能够存储电能？

3.电容封装的种类有哪些？

• 贴片瓷片电容
• 插件铝电解电容
• 贴片电解电容
• 钽电解电容（有正负极，不要接反了）
• CBB电容
• 插件瓷片电容，独石电容
• X电容（安规电容，又叫差分电容，需要有各种各样的认证号，一般在电路中用来滤除差分干扰信号，两根信号之间的干扰）
• Y电容（安规电容，滤除共模干扰信号，信号对大地的干扰，电容值一般不大，像472,222）
• 穿心电容（EMC电磁兼容），对功能没有影响，对性能没有影响。

 

4.钽电解电容的优点特性？

• 体积小，容量大
• 使用温度范围宽，一般钽电解电容都能在-50度~100度下正常工作
• 寿命长，绝缘电阻高，漏电流小，钽电解电容中钽氧化膜介质不仅耐腐蚀，而且长时间工作能够保持良好的性能
• 阻抗频率特性好，对频率特性不好的电容器，当工作频率高时电容量就大幅度下降，损耗也急剧上升，但固体电解电容器可以工作在50khz以上。钽电解电容随频率上升，也会出现容量下降现象，但下降幅度较小，有资料表明，工作在10khz时钽电容容量下降不到20%，而铝电解电容达到40%。
• 可靠性高，钽氧化膜的化学性能稳定，又因为钽阳极集体Ta205能耐强酸，强碱

5.钽电解电容的缺点

• 价格高
• 耐压不高
• 容量越大，耐压越高

6.铝电解电容的优点特性？

• 价格低
• 容量很大
• 耐压也可以很高
• 在高频应用场合，容量可以放余量。

7.铝电解电容的缺点

• 体积比较大
• 有电解液，容易挥发，寿命短
• 阻抗比较大，发热，加速挥发，容量急剧减小。
• 使用温度范围窄

8.贴片铝电解电容和插件电解电容缺点特性？

• 耐压不够高，常用的就几十伏
• 容量不够大，到几百uf
• 抗震性不高（点红胶工艺）

9.电容的标称耐压值

2.5V 4V 6.3V 10V 16V 20V 25V 35V 50V 63V 80V 100V

160V 220V 250V 400V 600V 1000V

一般无极性电容耐压偏高

一般有极性电容耐压偏低

根据经验：标称耐压值越高，则电容的体积越大。

10.电容的容值有哪些？

一、瓷片电容（非正负极）：

5PF     100PF（121)     1500PF/1.5nF（152）    15nF/0.015uF（153）   

12PF    150PF（151）    1800PF/1.8nF（182）    20nF/0.02uF（203）

15PF    220PF（221)     2000PF/2nF （202）     22nF/0.022uF（223）

18PF    330PF（331）    2200PF/2.2nF（222)     33nF/0.033uF（333）

20PF    470PF（471）    2700PF/2.7nF（272）    40nF/0.04uF（403）

22PF    560PF（561）    3300PF/3.3nF（332）    47nF/0.047uF（473）

27PF    680PF（681）    4700PF/4.7nF（472）    82nF/0.082uF（823）

30PF    820PF（821）    5600PF/5.6nF（562）    100nF/0.1uF（104)

33PF                    6800PF/6.8nF（682）

39PF

47PF

50PF

68PF

82PF

二、独石电容（非正负极）：

100PF（101）  1000PF/1nF（102）  10nF/0.01uF（103）  100nF/0.1uF（104）    1uF（105）

470PF（471）  220nF/0.22uF（224）   2.2uF（225）   470nF/0.47uF（474）

三、涤纶电容（非正负极）：

1000PF/1nF  （102）    10nF/0.01uF （103）    100nF/0.1uF（104）

1500PF/1.5nF（152）    15nF/0.015uF（153）    220nF/0.22uF（224）

2200PF/2.2nF（222）    22nF/0.022uF（223）    470nF/0.47uF（474）

2700PF/2.7nF（272）    27nF/0.027uF（273

3300PF/3.3nF（332）    33nF/0.033uF（333）

4700PF/4.7nF（472）    47nF/0.047uF（473）

5600PF/5.6nF（562）    56nF/0.056uF（563）

6800PF/6.8nF（682）

四、电解电容（正负极）：

0.1uF/50V    1uF/50V       100uF/25V     1000uF/16V

0.22uF/50V   2.2uF/50V     100uF/35V     1000uF/25V

0.33uF/50V   3.3uF/50V     100uF/50V     1000uF/50V

0.47uF/50V   4.7uF/50V     220uF/25V     2200uF/6.3V

10uF/50V     330uF/35V     2200uF/25V    22uF/50V   

470uF/25V    2200uF/50V    33uF/16V      470uF/50V   

3300uF/25V   47uF/25V      680uF/16V     3300uF/35V

47uF/50V     680uF/25V     3300uF/50V    4700uF/25V  4700uF/50V

11.电容的品牌有哪些？

国内：

AISHI(艾华集团)         APAQ(钰邦)              Bennic(敬业电子)

BERYL(绿宝石)           CapXon(台湾丰宾)        Carli(台湾凯励)

CCTC(三环)              CEC(振华新云)           CHAMPION(全鹏)

CX(承兴)                DAIN(台湾岱恩)          DARFON(达方)

Dersonic(德尔创)        EYANG(宇阳科技)         faratronic(厦门法拉)

FH(风华)                HEADCON(珠海华冠)       HEAO(和澳)

HEC(禾伸堂)             HEL鸿志                 HONOR(荣誉)

HUAWEI(华威集团)        JEC(智中)               Jianghai(南通江海)

KS(柯森)                KYET(科雅)              lelon(台湾立隆)

LY(鲁颖)                MAN YUE(万裕科技)       PSA(信昌电陶)

ROQANG(容强)            SRD(圣融达)             ST(先科)

Su'scon(台湾冠坤)       Sunlord(顺络)           TANCAP(容电)

TEAPO(智宝)             TENTA(天泰)             TOPAZ(黄宝石)

WINDAY(台湾威迪)        WQC(威庆)                Xunda(讯达)

YAGEO(国巨)             Ymin(永铭)              六和

华新科(Walsin)          湘怡中元/湘江            火炬

福建国光

国外：

ABLIC(艾普凌科)        AVX                    ELNA(伊娜)

EPCOS                 FUJITSU(富士通)         JOHANSON

KEMET(基美)            Knowles(楼氏)          kyocera 京瓷

Matsuo(松尾电机)       NCC(日本贵弥功)         Nichicon(尼吉康)

muRata(村田)           PANASONIC(松下)        ROHM(罗姆)

rubycon(红宝石)        SAMSUNG(三星)          SAMYOUNG(韩国三莹)

SAMWHA(三和)           SHINYEI(神荣)          SIEMENS(德国西门子)

STE(松田)              TAIYO YUDEN(太诱)      TDK

United Chemi-Con(UCC)  VISHAY(威世)           VT(首科)

 

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经验总结：

12.电容封装对应的电压使用环境？

• 1210及以下封装一般多用在低压环境中
• 1812及以上封装一般多用在高压环境中

13.电容电压

• 一般默认1uf以下的瓷片电容都是50VDC
• 一般大于1uf以上的瓷片电容电压会下降
• 如果封装更大的话，则耐压才会越高

14.电容需要掌握的几个关键参数

• 标称容值
• 耐压
• 温度等级
• 误差等级
• 材质
• 封装

15.瓷片电容

• 12pf，15pf常用于单片机晶振电路
• 100nf常用于电源去耦，并联在大电容旁边，去除高次频率波的干扰
• 耐压越高，封装越大
• 小封装，耐压越高，则越贵。

16.独石电容

• 插件电容，效果等同于贴片电容，有感

17.电解电容，钽电容

• 大多数用来存储能量，容值偏大
• 需要配合小容量的瓷片电容104
• 电解电容随着时间，温度等参数的影响，寿命是有限的，表现为容量会下降，这样就会导致计算出来的值与实际值就会有偏差，实际值远远大于实际值（考虑衰减，需要放余量），电压和容量都需要放余量真正在设计电路的时候，电容往往采用经验值。
• 一般在电路中控制器件电压往往都是直流电压，低压
• 集成芯片内部工艺：早期使用晶体管工艺，由于晶体管属于流控流器件，所以功耗偏大。现在使用CMOS工艺，功耗极低，一般功耗在几毫安。
• 芯片旁边需要放置几 微法的电容，瓷片电容，1uf，2.2uf，3.3uf,4.7uf
• 芯片旁边还需要放置104电容
• 集成芯片周边的电阻网络功耗：电阻网络由电阻，电容，光耦，二极管，三极管等组成，电阻网络的功耗也需要计算，如果功耗较大，放置10uf的电容和104电容。

18.为什么芯片周围需要放置一个这样的电容

• 像单片机这样的属于主动元器件，像电阻，电容，电感属于被动元器件
• 一般放一个小于10uf的电容

19.电容中的PPM/度

• 容量随温度的变化而变化
•  PPM：百万分之一
• 1000(PPM/度)：温度每上升一度，电容容量变化1pf
• X7R:X表示低温-55度，7表示高温125度，R表示在-55度到+125度之间的电容容量的变化。

20.电容的绝缘电阻

• 绝缘电阻要大
• 电容坏的表现为：短路，断路，容量偏差太大

21.通过水箱来分析电容

• 电容器极板上电量和电压的关系式是q=CU
• q相当于水的多少，水量  电荷数q
• C相当于水箱的截面积
• U表示水箱的高度，在电容中相当于电压。
• 相等电量(q)：电容越大，则电压值越低，电容越小，则电压值越高。
• 相等电压(U)：电容越大，则存储电量越多，电容越小，则存储电量越小

22.电容具有容抗特性

• 与充放电的频率有关系，频率越高，则容抗越小。
• 与电容的容值有关，容值越高，容抗越小。
• Xc=1/2πfc

23.电容的高频效应

24.电容参数的选择和计算，分以下几个步骤：

1. 电容在电路中所在节点的电压确定，分别用一个直流电路和一个交流电路
2. 电路节点电压下降一定余量后的电压作为电容实际上限电压，国产电容应该放的余量大，日本电容可以放的余量小。(电容的标称电压应该大于电容的额定工作电压，也就是说要放点余量，电容的耐压值要放点容量)
3. 经验值：电容的标称电压 = 额定电压 x 1.5
4. 从大脑中调取电容标称电压值，选取一个最接近第三步电压值的电容标称电压
5. 电容容值的确定：1)输入电解电容经验选取法 2)输入电解电容容值快速估算法 3)输入电解电容的正式计算法 4)电解电容的实际测量验证法,波形测量，温度测试。
6. 容值确定有三种可能：1）选大了，电压纹波小，几乎是一条直线，电流纹波也小，温升自然就低，带来的结果就是价格超贵  2）选小了：电压纹波大，电流纹波大 ，电容有容抗 ，因为电容有ESR，所以电容会发热，温升，电解液挥发，电容的容值，寿命会下降 3）选择适中，温度适中，两个小时后，手可以摸的上去
7. 根据结构的实际需求选取电容的体积，瘦高型，矮胖型
8. 根据生产工艺要求选择电容的封装，是使用贴片呢，还是插件呢。
9. 从加工角度看：能选择贴片，则不选择插件
10. 从电压角度看：一般低压的尽量选择贴片封装，高压的尽量选择插件封装
11. 从容量角度看：小容量的尽量选择贴片封装，大容量的尽量选择插件封装
12. 从材质角度看：贴片电容尽量选择X7R，如果成本允许，10nf以下容值的电容选择npo材质
13. 一般大容量电压偏高的电容大多数选择铝电解电容，铝电解电容分为贴片铝电解和插件铝电解
14. 一般情况下，电压不高于35V，需要贴片工艺，或者对高度有要求，则选择贴片铝电解电容，其它大多数情况下选择插件电解电容

 

25.开关电源输入电解电容(Vbus电容)怎么计算？

1. 第一步看耐压，耐压（400V,输入176V~264V最高DC峰值373V）
2. 输入电解电容经验选取法：1)当输入电压为220V±20%（AC176~264V）时按照输出功率选取：W/uf  2)当输入电压为110±20%时（耐压200V）(AC88~132V)时，按照输出功率选取：W/(2-3)uf
3. 输入电解电容理论上的计算：i=C*(dv/dt)，C*△V = it，i为负载上流过的电流，设置一下△V(其实就是纹波电压)，t为电容电压上升的时间，想办法求出时间，就知道了电容该选择多大。

 

25.电容电压纹波率

• 峰峰值/直流分量
• 在小电流场合，几安培以下，取1%
• 在大电流场合，几十安培，3%~8%

25.在电源电路中，大多数用电解电容，但是电解电容的滤波效果不好，所以一般在旁边并一个104瓷片电容，为什么要并一个小容量的瓷片电容？

• 并联电容C1之前：在jb这个点，当在高频的情况下，内阻很大
• 并联电容C1之后：jb这个点的内阻很小，输出电流能力很大。
• 电容中有一定的ESR,ESL，当电流太大的时候，电容会发热。因此我们需要降低ESR,ESL。
• 如何降低ESR,ESL?再并联一个电解电容C2
• PCB板级上面的走线会有阻抗和感抗，会限制最大电流的传输，加电容的目的是为了降低板上电源回路中节点的内阻，可以应变负载的急剧变化，电容也能提供后继负载所需要的瞬态电流
• 电容可以解决负载的瞬态值
• 在大电流的系统中，采用多个电容并联的方式可以有效降低内阻(ESR)
• 问题：在直流电源上会耦合高次谐波（毛刺波），有电源本身的，有周围工作的电器，自身的负载含有丰富的高次谐波。
• 答：并联一个瓷片电容(去耦)，瓷片电容最接近理想的电容特性，能够滤高频。相同的容量，瓷片电容比电解电容更容易滤除高频，不同容量的电容，容量越小，滤除高频毛刺效果越好。
• 10uf电容，适合1KHZ以下
• 1uf电容，适合1KHZ~10KHZ
• 0.1uf电容，适合10KHZ~100KHZ
• 增加小电容之后，jb，jc直流分量上的高次毛刺明显改善，jd地上的毛刺明显改善。
• 在电容上的电压稳定之后，电容上面的电流接近0，容抗接近无穷大，负载等效一个动态的电阻，是一个有限值。
• 当电容电压从0V开始充电到充满的这个过程中：
• 第一步，电容的电压为0V,电容等效为短路，后级负载被电容短路且没有电流，电源的电流全部从电容流过。
• 第二步,电容的电压升为一半，电容等效为一个阻值，后级负载跟电容等效负载并联，电源的电流一部分从电容流过，一部分电流从电阻流。
• 第三步，电容的电压升为电源电压，电容等效为一个无穷大的电阻，电源上的电流从负载流过
• 电容两端的电压是无法激变的，在很短的时间内，电容电压近似相等。
• 电容的电压相位不等同与电流相位
• 电容的电压相位滞后电流相位90度
• 电容的电压相位滞后电流相位90度
• 电容的电流相位超前电压相位90度

如何解释刚上电时，电容电压为0，电容接近短路？

认清本质，只要是电容两端有变化的电压，那电容上必定有电流。

你想想刚上电的瞬间，电容两端的电压变化率是不是异常之大、

电流就是无限大， 那岂不是相当于短路。

 

符：为什么3.3V的低压器件用的特别多？

• 从速度上考虑
• 从功耗上考虑