电容的基础知识课件

電容基礎知識簡介DQA2Golden2003/11/112/6/20231MSIKDQA2專用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2/6/20232MSIKDQA2專用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=7-10Ta2O5=28引線端子

(正極)引線端子

(負極)金屬導體⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕2/6/20233MSIKDQA2專用各類電容器特性比較2/6/20235MSIKDQA2專用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.2/6/20236MSIKDQA2專用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2/6/20237MSIKDQA2專用電解電容器製作程序2/6/20239MSIKDQA2專用電解電容器特性(1)標稱電容量（NominalCapacitance）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=εA/d

電容量誤差（CapacitanceTolerance）

K（±10%）,M（±20%）,V（-10～+20%）

額定工作電壓（RatedWorkingVoltage）（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。

2/6/202310MSIKDQA2專用電解電容器特性(2)突波電壓（SurgeVoltage）（SV）

工作溫度範圍（OperatingTemperatureRange）

-25～+85℃,-40～+85℃,-25～+105℃,-40～+105℃

散逸因素（DissipationFactor）（@120Hz）

以DF或tanδ表示之，其中δ係損失角。電壓與電流之相位角為θ，而θ+δ=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。

2/6/202311MSIKDQA2專用解電容器特性(4)漣波電流（RippleCurrent）（RC）

在最高工作溫度及120Hz（or100KHz）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)=[Io√D√(1-D)]/Phase低溫特性（LowTemperatureCharacteristics）

係指在-25℃/-40℃時，與在常溫20℃之最大阻抗比。

2/6/202313MSIKDQA2專用壽命計算壽命估算(LifeExpectancy):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:16000Hrs2/6/202314MSIKDQA2專用壽命計算實際計算

L2=L1*2^{(T1-Ta)/10}*2^{(Ta-T2)/K}WhereL1:GuaranteedlifeatT1degreeCL2:ExpectedlifeatT2degreeCT1:UppercategorytemperatureT2:Actualoperatingtemperature,ambienttemperature+temperatureriseduetoripplecurrentheating.Ta:AmbienttemperatureK=10,ifripplecurrentiswithinthespecificationofELCapacitor.K=5,ifripplecurrentisoutofthespecificationofELCapacitor.2/6/202315MSIKDQA2專用壽命試驗高溫充放電試驗(Charge/DischargeTest)

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1,000cycles後，須符合下列變化：

Δcap:試驗前之值的10%以內

tanδ: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(RippleLife)

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=額定工作電壓），經一持續規定完成時間後，須符合下列變化：

Δcap:試驗前之值的20%以內

tanδ:初期特性規格值的200%以下

LC:初期特性規格值以下2/6/202317MSIKDQA2專用常用電解電容公式容抗:XC=1/(2πfC)【Ω】感抗:XL=2πfL【Ω】阻抗:Z=√ESR2+(XL-XC)2【Ω】漣波電流:IR=√(βA△T/ESR)【mArms】

功率:P=I2ESR【W】諧振頻率:f0=1/(2π√LC)【Hz】2/6/202318MSIKDQA2專用多層陶瓷電容介紹結構及特性製作工藝2/6/202319MSIKDQA2專用結構及特性2/6/202321MSIKDQA2專用設計原則2/6/202322MSIKDQA2專用結構及材料2/6/202323MSIKDQA2專用溫度系數符號EX.:C0G=NP0N:NegativeP:Positive2/6/202325MSIKDQA2專用溫度特性符號Ex:X7RY5VZ5UX:-55Y:-30Z:+107:+1255:+855:+85R:+/-15%V:+22~-82%U:+22~-56%2/6/202326MSIKDQA2專用特性曲線2/6/202327MSIKDQA2專用MLCC的焊接2/6/202329MSIKDQA2專用製作工藝2/6/202330MSIKDQA2專用電容在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,高磁通量粗導線的電感線圈,以及超低的ESR輸入輸出電容.2/6/202331MSIKDQA2專用輸入輸出電容的考量輸入電容對於輸入電容主要考慮RippleCurrent:因為輸入電容主要是耐壓和吸收MOSFET的開關脈沖

Icap(rms)=[Io√D√(1-D)]/PhaseEX:Vin=12v;Vout=1.75v,Io=60A;3PhaseD=Vout/Vin=1.75/12=0.1458Irc=(60*√0.1458*√(1-0.1458))/3=7.058A我們需要三顆1500uF/16V的ELCAP2/6/202332MSIKDQA2專用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4~6.3V,470~680uF的ELCAP

2/6/202333MSIKDQA2專用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=3000hrL2=3000*2^{(105-55)/10}*2^{(55-68)/10}=38988hr=4.4year固態電節電容

L2=L1*10^{(T1-Ta)/10}*10^{(Ta-T2)/K}

2/6/202334MSIKDQA2專用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.2/6/202335MSIKDQA2專用關于電容暴漿現象：膨脹、破裂、電解液溢出。考慮：對於發生電容爆漿這樣的事件,要從多方面考慮,開關電路是否短路,是否有開關管損壞,