电容的基础知识PPT课件

1、2021/8/17电容的基础知识1電容基礎知識簡介電容基礎知識簡介DQA2Golden2003/11/112021/8/17电容的基础知识2摘要電容基礎知識電容基礎知識電解電容簡介電解電容簡介MLCC簡介簡介電容在電容在MB上的應用上的應用2021/8/17电容的基础知识3電容的基礎知識定義定義:相對兩導體間存在著電氣絕緣相對兩導體間存在著電氣絕緣電氣絕緣體電氣絕緣體( (介質介質) )介質常數介質常數: : Al Al2 2O O3 3=7-10=7-10 Ta Ta2 2O O5 5=28=28引線端子引線端子(正極正極)引線端子引線端子(負極負極)金屬導體金屬導體2021/8/17电容的

2、基础知识4電容器種類電容器種類按結構可分為按結構可分為：固定電容固定電容、可變電容和微調電容可變電容和微調電容電容器電容器紙質電容器紙質電容器雲母電容器雲母電容器塑膠電容器塑膠電容器陶瓷電容器陶瓷電容器電解電容器電解電容器鋁液體電解電容器鋁液體電解電容器鋁固體電解電容器鋁固體電解電容器鉭液體電解電容器鉭液體電解電容器鉭固體電解電容器鉭固體電解電容器導電高分子導電高分子電容器電容器OS-CAP2021/8/17电容的基础知识5各類電容器特性比較各類電容器特性比較 特特性性 種種類類 集集積積化化 頻頻率率特特性性 溫溫度度特特性性 高高電電壓壓 高高容容量量 壽壽命命 價價格格(Cost/Cap

3、.) 液液態態鋁鋁電電解解 電電容容 鉭鉭電電解解電電容容 陶陶瓷瓷電電容容 塑塑膠膠電電容容 有有機機半半導導體體 電電容容器器 導導電電性性高高分分子子 電電容容器器 註註 : 優優 劣劣 2021/8/17电容的基础知识6電容器之應用電容器之應用電容在電路中具有隔斷直流電電容在電路中具有隔斷直流電,通過交流電的作用通過交流電的作用,因此因此常用於極間偶合常用於極間偶合、濾波濾波、旁路及信號調諧旁路及信號調諧. 陶陶 瓷瓷 電電 容容 器器 塑塑 膠膠 電電 容容 器器 電電 解解 電電 容容 器器 鉭鉭 質質 電電 容容 器器 有有 機機 半半 導導 體體電電 容容 器器 導導 電電 性

4、性 高高 分分 子子電電 容容 器器 信信 號號 藕藕 合合 旁旁 路路 濾濾 波波 濾濾 波波 器器 波波 形形 產產 生生 諧諧 振振 電電 路路 計計 時時 儲儲 能能 SPS 濾濾 波波 2021/8/17电容的基础知识7電解電容器構造及特性電解電容器構造及特性電解電容器構造電解電容器構造電解電容器電解電容器製作程序製作程序電解電容器特性電解電容器特性電解電容器壽命計算電解電容器壽命計算常用電解電容公式常用電解電容公式2021/8/17电容的基础知识8電解電容器構造電解電容器構造2021/8/17电容的基础知识9電解電容器製作程序電解電容器製作程序2021/8/17电容的基础知识10電

5、解電容器特性電解電容器特性(1)標稱電容量標稱電容量（Nominal Capacitance）係指在測試頻率係指在測試頻率120Hz時所測得之電容量，電容量與金時所測得之電容量，電容量與金屬（鋁箔）相對面積及介質常數成正比，與兩極間距屬（鋁箔）相對面積及介質常數成正比，與兩極間距離成反比。離成反比。C=A / d 電容量誤差電容量誤差（Capacitance Tolerance） K（ 10%）, M（ 20%）, V（-10+20%） 額定工作電壓額定工作電壓（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。在最高工作溫度下，電解

6、電容器可以承受之最高直流電壓。 2021/8/17电容的基础知识11電解電容器特性電解電容器特性(2)突波電壓突波電壓（Surge Voltage）（）（SV） 工作溫度範圍工作溫度範圍（Operating Temperature Range） -25+85 , - 40+ 85 , - 25+105 , - 40+105 散逸因素散逸因素（Dissipation Factor）（）（120Hz） 以以DF或或tan表示之，其中表示之，其中係損失角。係損失角。 電壓與電流之相位角為電壓與電流之相位角為，而，而+=90 在最高工作溫度下，電解電容器可以承受之相當瞬間在最高工作溫度下，電解電容器可

7、以承受之相當瞬間最高峰值電壓。最高峰值電壓。 2021/8/17电容的基础知识12電解電容器特性電解電容器特性(3)等效串聯電阻等效串聯電阻（Equivalent Series Resistance）（）（ESR） 通電產生電容量同時伴生之最大電阻值。通電產生電容量同時伴生之最大電阻值。 （電極電阻（電極電阻+電解質電阻電解質電阻+介質損失）。介質損失）。 ESR= DF/2f C洩漏電流洩漏電流（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。電流。 I0.01CV or 3A Which

8、ever is greater 上示公式須視不同系列產品而定。上示公式須視不同系列產品而定。 2021/8/17电容的基础知识13解電容器特性解電容器特性(4)漣波電流漣波電流（Ripple Current）（）（RC） 在最高工作溫度及在最高工作溫度及120Hz（or 100KHz）頻率下，電解電容器）頻率下，電解電容器可以承受之最高交流電流。可以承受之最高交流電流。 （溫度（溫度/頻率補正係數）頻率補正係數） Icap(rms) = IoD(1-D) / Phase低溫特性低溫特性（Low Temperature Characteristics） 係指在係指在-25/-40時，與在常溫時，

9、與在常溫20之最大阻之最大阻抗比。抗比。 2021/8/17电容的基础知识14壽命計算壽命估算壽命估算(Life Expectancy)(Life Expectancy) : :電解電容在最高工作溫度下電解電容在最高工作溫度下，可持續動作的時間可持續動作的時間。 L Lx x=L=L0 0* *2 2(T(T0 0-T-Ta a)/10)/10 L Lx x= =實際工作壽命實際工作壽命 L L0 0= =保證壽命保證壽命 T T0 0= =最高工作溫度最高工作溫度(85(850 0Cor105Cor1050 0C)C) T Ta a= = 電容器實際工作周圍溫度電容器實際工作周圍溫度 Exa

10、mple : 規範值規範值1050C/1000Hrs 650C壽命推估壽命推估:Lx=1000*2(105-65)/10 實際工作壽命實際工作壽命:16000Hrs2021/8/17电容的基础知识15壽命計算實際計算 L2 = L1* 2(T1-Ta)/10*2(Ta-T2)/KWhereL1: Guaranteed life at T1 degree CL2: Expected life at T2 degree CT1: Upper category temperature T2: Actual operating temperature, ambient temperature + te

11、mperature rise due to ripple current heating.Ta: Ambient temperatureK=10, if ripple current is within the specification of EL Capacitor.K=5, if ripple current is out of the specification of EL Capacitor.2021/8/17电容的基础知识16壽命試驗壽命試驗高溫負荷壽命高溫負荷壽命(Load Life) 將電解電容器在最高工作溫度下，印加額定工作電壓，經將電解電容器在最高工作溫度下，印加額定工作電

12、壓，經 一持續規定完成時間後，須符合下列變化：一持續規定完成時間後，須符合下列變化： cap : cap : 試驗前之值的試驗前之值的20%20%以內以內 tan : 初期特性規格值的初期特性規格值的200%以下以下 LC : 初期特性規格值以下初期特性規格值以下高溫放置壽命高溫放置壽命(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：符合下列變化： cap : cap : 試驗前之值的試驗前之值的20%20%以內以內 tan : 初期特性規格值的初期特性規格值的200%以下以下 LC : 初期

13、特性規格值以下初期特性規格值以下2021/8/17电容的基础知识17壽命試驗壽命試驗高溫充放電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秒後再放電秒後再放電330秒為一秒為一cycle，如此經，如此經1,000 cycles後，須符合下列後，須符合下列變化：變化： cap : cap : 試驗前之值的試驗前之值的10%10%以內以內 tan : 初期特性規格值的初期特性規格值的175%以下以下 LC : 初期特性規格值以下初期特性規格值以下漣波負荷試驗漣波負荷

14、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（直流電壓+最大漣波電壓峰值最大漣波電壓峰值=額定工作電壓），經一持續規定額定工作電壓），經一持續規定完成時間後，須符合下列變化：完成時間後，須符合下列變化： cap : cap : 試驗前之值的試驗前之值的20%20%以內以內 tan : 初期特性規格值的初期特性規格值的200%以下以下 LC : 初期特性規格值以下初期特性規格值以下2021/8/17电容的基础知识18常用電解電容公式常用電解電容公式容抗容抗 : XC=1/(2fC) 【】

15、感抗感抗 : XL=2fL 【】阻抗阻抗 : Z=ESR2+(XL-XC)2 【】漣波電流漣波電流 : IR=(AT/ESR) 【mArms】 功率功率 : P=I2ESR 【W】諧振頻率諧振頻率 : f0=1/(2LC) 【Hz】2021/8/17电容的基础知识19多層陶瓷電容多層陶瓷電容2021/8/17电容的基础知识20介紹介紹多層陶瓷電容又稱績層陶瓷電容多層陶瓷電容又稱績層陶瓷電容,英文全英文全稱為稱為 Multi-LayerCeramicCapacitor(MLCC).由陶瓷晶片和金屬混合燒烤擠壓而成由陶瓷晶片和金屬混合燒烤擠壓而成,其其容值與耐壓值均堆績層數和套磁片厚度容值與耐壓值

16、均堆績層數和套磁片厚度有關有關.一般電容的堆疊厚度最多與寬相等一般電容的堆疊厚度最多與寬相等 .2021/8/17电容的基础知识21結構及結構及 特性特性2021/8/17电容的基础知识22設計原則設計原則2021/8/17电容的基础知识23結構及結構及 材料材料2021/8/17电容的基础知识24分類分類2021/8/17电容的基础知识25溫度系數符號溫度系數符號EX. : C0G=NP0 N:Negative P:Positive2021/8/17电容的基础知识26溫度特性符號Ex: X7R Y5V Z5U X:-55 Y:-30 Z:+10 7:+125 5:+85 5:+85 R: +

17、/-15% V:+22-82% U:+22-56%2021/8/17电容的基础知识27特性曲線特性曲線2021/8/17电容的基础知识28老化特性老化特性The capacitance can be regained after soldering procedure or backing treatment at 1500 0C C or 1hr2021/8/17电容的基础知识29MLCC的焊接的焊接2021/8/17电容的基础知识30製作工藝製作工藝2021/8/17电容的基础知识31電容在電容在MB上的應用上的應用主板上用的電容主板上用的電容,這里主要是指這里主要是指 那些大個的電解電容

18、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這些電容的作用基本上都是濾波用的.主板上用到這些主板上用到這些大個電容的地方主要是電源電路部分大個電容的地方主要是電源電路部分,還有一些電容用還有一些電容用於穩定參考電壓於穩定參考電壓,一般會和電路地相連一般會和電路地相連 .由於現在的由於現在的CPU功耗非常大功耗非常大,從低負荷到滿負荷從低負荷到滿負荷,電流的電流的變化是非常大的變化是非常大的.為了保證夠在快速的負荷變化中為了保證夠在快速的負荷變化中,不會不會因為電流供應不上而歇菜因為電流供應不上而歇菜,CPU供電電路要求具有非常供電電路要求具有非常快速的大電流響應能力快速的大電流響應能力

19、.供電電路中的供電電路中的MOSFET,電感線電感線圈和電容都會影響到這一能力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最理想的解決方法是使用最快速的MOSFET,高磁通量高磁通量粗導線的電感線圈粗導線的電感線圈,以及超低的以及超低的ESR 輸輸 入入 輸出電容輸出電容.2021/8/17电容的基础知识32輸入輸出電容的考量輸入輸出電容的考量輸入電容輸入電容 對於輸入電容主要考慮對於輸入電容主要考慮Ripple Current:因為輸因為輸入電容主要是耐壓和吸收入電容主要是耐壓和吸收MOSFET的開關脈沖的開關脈沖 Icap(rms) = IoD(1-D) / PhaseEX:

20、 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 CAP2021/8/17电容的基础知识33輸入輸出電容的考量輸入輸出電容的考量輸出電容輸出電容 對於輸出電容耐壓和容量的要求可以低一些對於輸出電容耐壓和容量的要求可以低一些,而而著重著重ESR,因為輸出電容要保證足夠的電流通過因為輸出電容要保證足夠的電流通過量量.但並不是越低越好但並不是越低越好,低低ESR會引起開關電路會引起開關電路的震盪的震盪,而消

21、震電路比較複雜而消震電路比較複雜,而且會增加很大而且會增加很大的成本的成本. 這部分電容我們通常選擇這部分電容我們通常選擇46.3V, 470680uF的的EL CAP 2021/8/17电容的基础知识34電容壽命的計算電容壽命的計算公式公式： L2 = L1* 2(T1-Ta)/10*2(Ta-T2)/KEX ：T1=1050 0C, Ta=55C, Ta=550 0C, T2=68C, T2=680 0C, C, L1=3000hr L1=3000hr L2=3000 L2=3000* *22(105-55)/10*2(55-68)/10 =38988hr =4.4 year 固態電節電容固態電節電容 L2 = L1* 10(T1-Ta)/10*10(Ta-T2)/K 2021/8/17电容的基础知识35電容的更換及品質電容的更換及品質更換電容時一般選擇高耐壓值的電容更換電容時一般選擇高耐壓值的電容.因為市場因為市場上很難買到低上很難買到低ESR的電容的電容,這時通過提高電容的這時通過提高電容的等級等級,可以一定程度上彌補這種缺陷可以一定程度上彌補這種缺陷.一般情況下使用一般情況下使用1