器件原厂讲解电容的特性原理课件

电容器与特性

电解电容器介绍

电容器主要参数电解电容器特性比较电容器简介

电容器简介

电容器（capacitor）：能够储存电荷(charge)的“容器”。结构：两块导体板中间隔以电介质(dielectric)。特性：通交流、阻直流。作用：滤波、旁路、耦合、去耦、储能、调谐、计时、转相、温度补偿。

工作原理如图，为一个平板电容器，当在平板两端加上电压时，与电源正极相接的极板带上正电荷，与电源负极相接的极板带上负电荷，正极板的电势高于负极板。我们知道，原子是由原子核与核外电子组成，呈电中性，在电场的作用下会发生极化。当我们将外接电源断开后，正极板附近电介质带负电，负极板附近电介质带正电。接上负载后，由于正极板电势高于负极板，负极板的负电荷就向正极板运动，这就是放电。极板上电荷放完后，两个极板的电势差为零，电场消失，电介质原子就恢复了原态。放电。极板上电荷放完后，两个极板的电势差为零，电场消失，电介质原子就恢复了原态。电容器的分类化学电容器：电解质作为阴极的电容器。

包括：电解液（electrolyte）、二氧化锰（MnO2）、有机半导体TCNQ、导体聚合物等。非化学电容器：以其电介质命名。

如：陶瓷、纸介、塑料薄膜、空气、云母、半导体电容器等。按结构分为：固定电容，可变电容，微调电容。按极性分为：有极性电容和无极性电容。按电解质分：有机介质电容器、无机介质电容器、电解电容器和空气介质电容器等。按用途分有：滤波、旁路、耦合、去耦、储能、调谐、计时、转相、温度补偿电容器。薄膜电容器用涤纶薄膜或聚丙烯薄膜做介质，蒸发的铝膜做电极经卷绕制成；无极性、电容量小、频率特性好、温度稳定性好、介质损耗小、绝缘电阻高，适宜做滤波、旁路、耦合、分压作用。电解电容器在铝、钽、铌、钛等阀金属的表面采用阳极氧化法生成一极薄且具有单向导电性的氧化膜作为电介质，以能生成和修复介质氧化膜的液状或固状电解质作为阴极而构成的电容器。两个导电极板有正负极之分。

电容器的主要参数

电容容量越大越好的误区：

虽然电容越大，为IC提供的电流补偿的能力越强。且不说电容容量的增大带来的体积变大，增加成本的同时还影响空气流动和散热。关键在于电容上存在寄生电感，电容放电回路会在某个频点上发生谐振。在谐振点，电容的阻抗小。因此放电回路的阻抗最小，补充能量的效果也最好。但当频率超过谐振点时，放电回路的阻抗开始增加，电容提供电流能力便开始下降。电容的容值越大，谐振频率越低，电容能有效补偿电流的频率范围也越小。从保证电容提供高频电流的能力的角度来说，电容越大越好的观点是错误的

等效串联电阻ESRESR等效串联电阻是电容的介质损耗（Rsd）和金属损耗（Rsm）的综合。即：ESR＝Rsd+Rsm

ESR与损耗角有关联，ESR＝tanδ/(ω×Cs)，Cs是电容量，

通常以毫欧姆（mΩ）为单位。ESR越低效果越好的误区：

输入电容的容量要大一点。相对容量的要求，对ESR的要求可以适当的降低。因为输入电容主要是耐压，其次是吸收MOSFET的开关脉冲。对于输出电容来说，耐压的要求和容量可以适当的降低一点。ESR的要求则高一点，因为这里要保证的是足够的电流通过量。但这里要注意的是ESR并不是越低越好，低ESR电容会引起开关电路振荡。而消振电路复杂同时会导致成本的增加。

损耗角正切值损耗角：流过电容的实际电流IA和理想电容电流Ic形成一个Φ角，叫做损耗角。损耗角正切值DF：tgΦ=ERS/XC

通常以100Hz或120Hz下数字电桥测定的数值为准，指在规定频率的正弦电压下，通过电容器的有功功率与无功功率的比值。

漏电流（绝缘电阻）

电容器的介质对直流电具有很大的阻碍作用,在施加电压时，会产生一种很小的电流称之为漏电流.漏电流的计算公式是I=KCU

其中，C为电容量（μF），U为额定直流电压值（V），K与电容器类型有关的常数，通常取值范围为0.01～0.1。额定纹波电流电容器发热的交流有功功率P＝I^2×ESR。

其中，I:纹波电流;ESR:等效串联电阻

在同等条件下，ESR值越低，电容器的发热量越小，耐纹波电流能力就越强。

工作寿命图示

电解电容器的介绍液体铝电解电容器

阳极铝箔经电化学腐蚀扩大表面积后，再经过阳极氧化形成一层氧化膜做介质，配合经化学或电化学腐蚀的阴极铝箔，经卷绕再浸电解液后封装而成。特点:容量大、电压范围宽，但是损耗大，温度和频率稳定性差。应用：电源滤波，低频耦合，储能，旁路等。固体钽电解电容器将金属钽粉真空烧结体做正极，进行阳极氧化表面生成的Ta2O5五氧化膜做介质，用MnO2二氧化锰做负极，制成片式电容器。特点：体积小、容量大、性能稳定、寿命长、温度特性好，但存在过流过压下容易燃烧、爆炸现象，频率稳定性不理想。应用：在要求高的电路中代替铝电解电容

对脉动电流的耐受能力差，若损坏易呈短路状态。在过流、过压时易产生爆炸和燃烧，安全性较差。

当极性接反并施加2倍额定电压和20A电流时，MnO2钽电容器立即起火燃烧、爆炸。PA-Cap结构

银浆聚合物铝箔银膏石墨乳环氧树脂引线框涂覆叠片G825LPA-Cap产品规格表（部分）外形尺寸(mm):V:7.3-4.3-1.9

D:7.3-4.3-2.8E:7.3-4.3-4.0

(uF)(V)4.710122233475668821001201502202703302VVVDDD4VVVVVDD6.3VVVVDDDEE10VVDDD12.5VV16VV

优良的频率特性(PA200V826M0G)稳定的温度特性(PA200V476M0J)

容量直流偏置电压特性(PA200V127M0D)

漏电流电压特性(PA200V476M0J)

电流电压特性曲线(PA200V566M0G)

长寿命、高可靠性(PA200V156M1A)

+105℃1000h寿命，相当于+55℃3.2×105h(36年)；采用聚合物固体电解质，无泄露，不燃烧不爆炸；无须降压使用；1001010.10.0105001000时间(h)

容量(μF)

ESR(Ω)漏电流(μA)PA-Cap特点极低的等效串联电阻（ESR）值和等效串联电感（ESL)；理想的容量频率曲线、稳定的温度特性；快速的电流转换和瞬时响应能力；允许通过更大的纹波电流；很强的噪音吸收能力、明显的滤波效果；宽温长寿命，不燃烧不爆炸安全性高；无污染，符合SGS标准，通过ROHS指令；片式化、低剖面，适合SMT工艺生产。PA-Cap聚合物固体片式铝电解电容器

可靠性试验由中国赛宝（福建）实验室承担这些试验通称为环境与可靠性试验。分为8个组别、12个项目、102只电容器，其中环境试验有5个项目，可靠性试验有7个项目。

（01）元件耐焊接热与耐溶剂组别试验项目样品数试验条件性能要求试验结果最大值最小值合格数C1耐焊接热12焊槽法温度：260±5℃，10s,浸入时间10±1s，恢复24±2h.无可见损伤，标志清晰合格12│△C/C│≤5（％）3.7-3.2tgδ≤0.040.02860.0205元件耐溶剂溶剂：电阻率不小于1MΩ.cm软化水或蒸馏水，温度23±5℃方法2（无擦拭），恢复48h无可见损伤，标志清晰合格│△C/C│≤5（％）1.5-1.7tgδ≤0.040.02900.0201（02）端面强度组别试验项目样品数试验条件性能要求试验结果最大值最小值合格数C2端面镀层结合强度12安装在印板上，弯曲速率：1mm/s；板弯曲：１mm无可见损伤，标志清晰合格12│△C/C│≤5（％）0.3-0.4tgδ≤0.040.03670.0191ESR≤0.12(Ω)0.1180.071（03）温度快速变化与气候顺序组别试验项目样品数试验条件性能要求试验结果最大值最小值合格数C3.1温度快速变化18θA=-55℃，θB=+105℃五次循环持续时间：30min,恢复：1-2h。无可见损伤，标志清晰合格18│△C/C│≤10（％）2.20.2tgδ≤0.040.03850.0205IL≤3.02（μA)0.040.02ESR≤0.12(Ω)0.1190.011气候顺序:干热

循环湿热

寒冷

循环湿热105℃，16h试验Ｄb,第一循环-55℃，2h试验Ｄb,其余环循。无可见损伤，标志清晰合格│△C/C│≤10（％）-4.9-9.4tgδ≤0.0480.02100.0134IL≤3.02（μA)0.050.03（04）稳态湿热组别试验项目样品数试验条件性能要求试验结果最大值最小值合格数C3.2稳态湿热9温度40±2℃湿度：93+2-3%RH不加负荷时间：21d恢复1～2h

无可见损伤，标志清晰合格9-20（%）≤△C/C≤＋4０（%）10.06.2tgδ≤0.080.03090.0199IL≤6.04（μA)0.050.03ESR≤0.144(Ω)0.1370.083（05）耐久性（1000H）组别试验项目样品数试验条件性能要求试验结果最大值最小值合格数C3.2稳态湿热9温度40±2℃湿度：93+2-3%RH不加负荷时间：21d恢复1～2h

无可见损伤，标志清晰合格9-20（%）≤△C/C≤＋4０（%）10.06.2tgδ≤0.080.03090.0199IL≤6.04（μA)0.050.03ESR≤0.144(Ω)0.1370.083（06）高低温特性与充放电组别试验项目样品数试验条件性能要求试验结果最大值最小值合格数C3.4高低温特性15测试点：1：20℃（基准），2：-55℃；3：105℃无可见损伤，标志清晰合格152：│△C/C│≤20（％）-5.9-9.12：tgδ≤0.080.01140.00702：ESR≤0.24(Ω)0.1220.0533：│△C/C│≤20（％）19.714.83：tgδ≤0.040.03280.02013：IL≤37.75（μA)0.260.05充放电温度：+20℃；充电6.3V；充电时间：0.5s；放电时间：0.5s；循环次数：1000000（次）│△C/C│≤20（％）3.5-1.4漏电流IL≤3.02（μA)0.300.04（07）高温储存与浪涌电压组别试验项目样品数试验条件性能要求试验结果最大值最小值合格数C3.5A高温贮存6温度：+105℃；持续时间：500±24h；恢复时间：至少16h。无可见损伤，标志清晰合格6│△C/C│≤20（％）-8.8-14.8tgδ≤0.060.01060.0066漏电流IL≤6.04（μA)2.700.03浪涌循环次数：1000次；温度：20±1℃；电压：7.25V；充电时间：30s；放电时间：5min30s恢复16h.无可见损伤，标志清晰合格│△C/C│≤10（％）2.61.2tgδ≤0.040.01090.0078漏电流IL≤3.02（μA)1.200.03（08）反向电压组别试验项目样品数试验条件性能要求试验结果最大值最小值合格数C3.5B反向电压6温度：+105℃；反向电压0.95V，持续时间：125h；正向电压6.3V，持续时间：125h。│△C/C│≤20（％）-8.6-15.16tgδ≤0.040.01650.0074漏电流IL≤3.02（μA)0.070.05

GJB9001A-2001质量体系ISO9001:2000质量管理体系认证PA-Cap符合RoHS指令

电解电容器的特性比较聚合物固体片式铝电解电容器与其它电容器的比较

电容器种类

：AL-CAP液体铝电容器

TA-CAP固体钽电容器

PA-CAP固体聚合物电容器

阴极材料：电解液二氧化锰MnO2

固体聚合物

导电率：0.01S/CM0.1S/CM100S/CM

导电方式：离子导电电子导电电子导电工作频率：10Hz—10KHz

1KHz—100KHz1KHz—1GHz

优

点：

AL-CAP：价格最便宜，耐压性优良，有自愈特性

TA-CAP：耐高温，性能比较好

PA-CAP：无污染，耐高温，不会爆炸，优良的频率、温度特性，极低的ESR值.缺

点：

AL-CAP

：受温度影响很大，高ESR值，电解液易干涸、漏液、爆浆，安全性差。

TA-CAP

：有污染，易燃烧、爆炸，安全性差，价格比较高。

PA-CAP

：耐压值低。等效串联电阻ESR容量－频率特性漏电流－温度特性PA-Cap在开关电源的滤波应用：

不接电容纹波(150kHz)接入不同电容器时的纹波液体铝电解电容器固体钽电解电容器PA-Cap470µF×133µF×28.2µF×1ΔV＝37.4mVΔV＝3.1mVΔV＝2.4mVΔV＝2.1mV三种类型电容器在模拟CPU电源的实验