1、電電 容容 器器 與與 特特 性性陳由雄福建國光電子科技有限公司福建國光電子科技有限公司 電解電容器介紹電解電容器介紹 電容器主要參數(shù)電容器主要參數(shù)電解電容器特性比較電解電容器特性比較電容器簡介電容器簡介 電電 容容 器器 簡簡 介介電容器電容器 電容器是最基本的電子元件之一，是無源元件。 所謂電容器(capacitor)就是能夠儲存電荷的“容器”。只不過這種“容器”儲存的是一種特殊的物質(zhì)-電荷(charge)，而且其所存儲的正負(fù)電荷等量地分布于兩塊不直接導(dǎo)通的導(dǎo)體板上。我們可以這樣描述電容器的基本結(jié)構(gòu)：兩塊導(dǎo)體板（通常為金屬板）中間隔以電介質(zhì)(dielectric)，即構(gòu)成電容器的基本模型。

2、 電容器電容器（capacitor）：能夠儲存電荷(charge)的“容器”。 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：兩塊導(dǎo)體板中間隔以電介質(zhì)(dielectric) 。 特性特性：通交流、阻直流。 作用作用：濾波、旁路、耦合、去耦、儲能、調(diào)諧、計(jì)時(shí)、 轉(zhuǎn)相、溫度補(bǔ)償。 工作原理工作原理如圖，為一個(gè)平板電容器，當(dāng)在平板兩端加上電壓時(shí)，與電源正極相接的極板帶上正電荷，與電源負(fù)極相接的極板帶上負(fù)電荷，正極板的電勢高于負(fù)極板。 我們知道，原子是由原子核與核外電子組成，呈電中性，在電場的作用下會發(fā)生極化。當(dāng)我們將外接電源斷開后，正極板附近電介質(zhì)帶負(fù)電，負(fù)極板附近電介質(zhì)帶正電。接上負(fù)載后，由于正極板電勢高于負(fù)極板， 負(fù)極板的負(fù)電荷

3、就向正極板運(yùn)動(dòng)，這就是 放電。極板上電荷放完后，兩個(gè)極板的電 勢差為零，電場消失，電介質(zhì)原子就恢復(fù) 了原態(tài)。放電。極板上電荷放完后，兩個(gè)極板的電勢差為零，電場消失，電介質(zhì)原子就恢復(fù)了原態(tài)。電容器的分類電容器的分類化學(xué)電容器化學(xué)電容器：電解質(zhì)作為陰極的電容器。 包括：電解液（electrolyte）、二氧化錳（MnO2）、有機(jī)半導(dǎo)體TCNQ、導(dǎo)體聚合物等。非化學(xué)電容器非化學(xué)電容器：以其電介質(zhì)命名。 如：陶瓷、紙介、塑料薄膜、空氣、云母、半導(dǎo)體電容器等電容器等。按結(jié)構(gòu)分為按結(jié)構(gòu)分為：固定電容，可變電容，微調(diào)電容。 按極性分為按極性分為：有極性電容和無極性電容。濾波、旁路、耦合、去耦、儲能、調(diào)諧、計(jì)

4、時(shí)、轉(zhuǎn)相、溫度補(bǔ) 償陶瓷電容器陶瓷電容器 用陶瓷做介質(zhì)，在陶瓷基體兩面涂覆銀漿，然后燒結(jié)成單片或多層獨(dú)石結(jié)構(gòu)的電容器。它的特點(diǎn)是無極性、體積小、損耗小、絕緣電阻高，但容量小，適宜用于高頻電路。 多層獨(dú)石鐵電陶瓷電容雖然 電容量較大，但是損耗和溫 度系數(shù)較大，適宜用于低頻 電路。薄膜電容器薄膜電容器 用滌綸薄膜或聚丙烯薄膜做介質(zhì)，蒸發(fā)的鋁膜做電極經(jīng)卷繞制成；無極性、電容量小、頻率特性好、溫度穩(wěn)定性好、介質(zhì)損耗小、絕緣電阻高，適宜做濾波、旁路、耦合、分壓作用。電解電容器電解電容器 在鋁、鉭、鈮、鈦等閥金屬的表面采用陽極氧化法生成一極薄且具有單向?qū)щ娦缘难趸ぷ鳛殡娊橘|(zhì)，以能生成和修復(fù)介質(zhì)氧化膜的液

5、狀或固狀電解質(zhì)作為陰極而構(gòu)成的電容器。 兩個(gè)導(dǎo)電極板有正負(fù)極之分。 電容器的主要參數(shù)電容器的主要參數(shù)電電 容容 量量 C=orS/d O ：真空介電常數(shù) ( O =1) r 介質(zhì)相對介電常數(shù)S 極板相對有效表面積d介質(zhì)厚度。如介質(zhì) Al2O3，d= Vf ， =1.4nm/V鋁電解電容器的比容量約為300F/cm3。陶瓷片式電容器的比容量一般不會超過2F/cm3。 電容量誤差等級電容量誤差等級 ：D005級0.5%； F01級1%； G02級2%； JI級5%； KII級10%； MIII級20%。 電容容量越大越好電容容量越大越好的誤區(qū)：的誤區(qū)： 雖然電容越大，為IC提供的電流補(bǔ)償?shù)哪芰υ綇?qiáng)

6、。且不說電容容量的增大帶來的體積變大，增加成本的同時(shí)還影響空氣流動(dòng)和散熱。關(guān)鍵在于電容上存在寄生電感，電容放電回路會在某個(gè)頻點(diǎn)上發(fā)生諧振。在諧振點(diǎn)，電容的阻抗小。因此放電回路的阻抗最小，補(bǔ)充能量的效果也最好。但當(dāng)頻率超過諧振點(diǎn)時(shí)，放電回路的阻抗開始增加，電容提供電流能力便開始下降。電容的容值越大，諧振頻率越低，電容能有效補(bǔ)償電流的頻率范圍也越小。從保證電容提供高頻電流的能力的角度來說，電容越大越好的觀點(diǎn)是錯(cuò)誤的 等效串聯(lián)電阻等效串聯(lián)電阻ESR ESR等效串聯(lián)電阻是電容的介質(zhì)損耗（Rsd）和金屬損耗（Rsm）的綜合。 即：ESRRsd+Rsm ESR與損耗角有關(guān)聯(lián)，ESRtan/(Cs)，Cs是

7、電容量， 通常以毫歐姆（m）為單位。 ESR越低效果越好越低效果越好的誤區(qū)：的誤區(qū)： 輸入電容的容量要大一點(diǎn)。相對容量的要求，對ESR的要求可以適當(dāng)?shù)慕档汀Ｒ驗(yàn)檩斎腚娙葜饕悄蛪海浯问俏誐OSFET的開關(guān)脈沖。對于輸出電容來說，耐壓的要求和容量可以適當(dāng)?shù)慕档鸵稽c(diǎn)。ESR的要求則高一點(diǎn)，因?yàn)檫@里要保證的是足夠的電流通過量。但這里要注意的是ESR并不是越低越好，低ESR電容會引起開關(guān)電路振蕩。而消振電路復(fù)雜同時(shí)會導(dǎo)致成本的增加。 額額 定定 電電 壓壓Al2O3 損耗角正切值損耗角正切值 損耗角：損耗角：流過電容的實(shí)際電流IA和理想電容電流Ic形成一個(gè)角，叫做損耗角。 損耗角正切值損耗角正切值

8、DF ：tg =ERS/XC 通常以100Hz或120Hz下數(shù)字電橋測定的數(shù)值為準(zhǔn)，指在規(guī)定頻率的正弦電壓下，通過電容器的有功功率與無功功率的比值。 漏電流漏電流（絕緣電阻）絕緣電阻） 電容器的介質(zhì)對直流電具有很大的阻礙作用 ,在施加電壓時(shí)，會產(chǎn)生一種很小的電流稱之為漏電流. 漏電流的計(jì)算公式是I=KCU 其中，C為電容量（F），U為額定直流電壓值（V），K與電容 器類型有關(guān)的常數(shù)，通常取值范圍為0.010.1 。額定紋波電流額定紋波電流 電容器發(fā)熱的交流有功功率PI2 ESR。 其中，I:紋波電流; ESR:等效串聯(lián)電阻 在同等條件下，ESR值越低，電容器的發(fā)熱量越小，耐紋波電流能力就越強(qiáng)。

9、工作壽命計(jì)算工作壽命計(jì)算 液體電解電容器壽命：液體電解電容器壽命： L0：最高溫度下的壽命（1000小時(shí)）；T0：最高工作溫度 ；T：實(shí)際工作溫度 溫度每降低20度，使用壽命增加4倍。 固體電解電容器壽命：固體電解電容器壽命： L0：最高溫度下的壽命（1000小時(shí)）；T0：最高工作溫度 ；T：實(shí)際工作溫度 溫度每降低20度，使用壽命增加10倍。 工作壽命圖示工作壽命圖示 電解電容器的介紹電解電容器的介紹液體鋁電解電容器液體鋁電解電容器 陽極鋁箔經(jīng)電化學(xué)腐蝕擴(kuò)大表面積后，再經(jīng)過陽極氧化形成一層氧化膜做介質(zhì)，配合經(jīng)化學(xué)或電化學(xué)腐蝕的陰極鋁箔，經(jīng)卷繞再浸電解液后封裝而成。 特點(diǎn)特點(diǎn):容量大、電壓范圍

10、寬，但是損耗大，溫度和頻率穩(wěn)定性差。 應(yīng)用應(yīng)用：電源濾波，低頻耦合，儲能，旁路等。 由于液體受熱會膨脹和揮發(fā),常發(fā)生干涸、鼓脹、爆漿或漏液問題。 液體鋁電解電容 鼓脹、漏液由于采用卷繞式制作工藝，其等效串聯(lián)電感 ESL較大，導(dǎo)致濾波效果大為降低。容量誤差大，泄漏電流大，頻率特性和溫度特性差，不適于在高頻和低溫下應(yīng)用,不宜用在25kHz以上頻率作低頻旁路、信號耦合、電源濾波。 固體鉭電解電容器固體鉭電解電容器 將金屬鉭粉真空燒結(jié)體做正極，進(jìn)行陽極氧化表面生成的Ta2O5Ta2O5五氧化膜做介質(zhì)，用MnO2MnO2二氧化錳做負(fù)極，制成片式電容器。 特點(diǎn)：體積小、容量大、性能穩(wěn)定、壽命長、溫度特性好

11、，但存在過流過壓下容易燃燒 、爆炸現(xiàn)象，頻率穩(wěn)定性不理想。 應(yīng)用應(yīng)用：在要求高的電路中代替 鋁電解電容 對脈動(dòng)電流的耐受能力差，若損壞易呈短路狀態(tài)。 在過流、過壓時(shí)易產(chǎn)生爆炸和燃燒，安全性較差。聚合物固體片式鋁電解電容器聚合物固體片式鋁電解電容器（PA-Cap) 導(dǎo)電高分子材料導(dǎo)電高分子材料聚合物聚合物（Polymer) 2000年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主：年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)得主：防靜電防靜電：電腦、手機(jī)、電視和心臟起搏器上；摻雜和脫摻雜特性摻雜和脫摻雜特性：電池、電極材料；吸收微波吸收微波：電磁屏蔽材料，隱身飛機(jī)的涂料；防腐蝕：防腐蝕：火箭、船舶、石油管道及污水管道中；生命科學(xué)生命科學(xué)：導(dǎo)電聚合 物可以

12、用來制造人造肌 肉和人造神經(jīng)，這將是導(dǎo)電聚合物研究在應(yīng)用上最重要的一個(gè)趨勢。 由絕緣體變?yōu)榘雽?dǎo)體再變?yōu)閷?dǎo)體由絕緣體變?yōu)榘雽?dǎo)體再變?yōu)閷?dǎo)體：可以使巡航導(dǎo)彈在飛行過程中隱形，然后在接 近目標(biāo)后絕緣起爆；與納米技術(shù)相結(jié)合與納米技術(shù)相結(jié)合：導(dǎo)電聚合物可以制成分子導(dǎo)線材料，制作分子器件和其它 電子元件。G. MacDiarmid H.Shirakawa J.Heeger麥克迪爾米德麥克迪爾米德 白川英樹白川英樹 黑格黑格 用鋁箔作陽極，Al2O3氧化膜作介質(zhì)，采用導(dǎo)電高分子聚合物做陰極材料的電容器。其電導(dǎo)率達(dá)到100S/CM（是鉭電容器MnO2的1000倍）。當(dāng)局部過熱會從導(dǎo)電體變?yōu)榻^緣體，使電容器的短路

13、電流受到抑制，安全性好。該電容器損耗角正切值較小，等效串聯(lián)電阻極低，頻率特性優(yōu)越。另外，由于聚合物具有優(yōu)良的環(huán)境穩(wěn)定性，以及自愈時(shí)不會釋放氧氣，因此，該電容器具有優(yōu)良的溫度穩(wěn)定性以及安全使用性。應(yīng)用應(yīng)用：在開關(guān)電源、高頻數(shù)字電路中的濾波、去耦、吸收噪聲和抑制 電源波動(dòng)。導(dǎo)電聚合物導(dǎo)電聚合物厚度約厚度約50m電導(dǎo)率電導(dǎo)率100S/cmPA-Cap 結(jié)結(jié) 構(gòu)構(gòu) 銀漿銀漿聚合物聚合物鋁箔鋁箔銀膏銀膏石墨乳石墨乳環(huán)氧樹脂環(huán)氧樹脂引線框引線框涂覆涂覆疊片疊片G825G825LPA-Cap產(chǎn)品規(guī)格表產(chǎn)品規(guī)格表（部分）（部分）外形尺寸外形尺寸(mm): V: 7.3-4.3-1.9 D: 7.3-4.3-2

14、.8 E: 7.3-4.3-4.0 (uF)(V)4.710122233475668821001201502202703302VVVDDD4VVVVVDD6.3VVVVDDDEE10VVDDD12.5VV16VV 優(yōu)良的頻率特性優(yōu)良的頻率特性(PA200V826M0G)穩(wěn)定的溫度特性穩(wěn)定的溫度特性(PA200V476M0J) 容量直流偏置電壓特性容量直流偏置電壓特性(PA200V127M0D) 漏電流電壓特性漏電流電壓特性(PA200V476M0J) 電流電壓特性曲線電流電壓特性曲線(PA200V566M0G) 長壽命、高可靠性長壽命、高可靠性(PA200V156M1A) +1051000h壽

15、命，相當(dāng)于+55 3.2105h(36年)；采用聚合物固體電解質(zhì)，無泄露，不燃燒不爆炸；無須降壓使用；1001010.10.01 0 500 1000時(shí)間(h) 容量容量(F) ESR() 漏電流漏電流(A)PA-Cap 特特 點(diǎn)點(diǎn) 極低的等效串聯(lián)電阻（ESR）值和等效串聯(lián)電感（ESL)； 理想的容量頻率曲線、穩(wěn)定的溫度特性； 快速的電流轉(zhuǎn)換和瞬時(shí)響應(yīng)能力； 允許通過更大的紋波電流； 很強(qiáng)的噪音吸收能力、明顯的濾波效果； 寬溫長壽命，不燃燒不爆炸安全性高； 無污染，符合SGS標(biāo)準(zhǔn)，通過ROHS指令； 片式化、低剖面，適合SMT工藝生產(chǎn)。PA-Cap聚合物固體片式鋁電解電容器聚合物固體片式鋁電解

16、電容器可靠性試驗(yàn)由中國賽寶（福建）實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)可靠性試驗(yàn)由中國賽寶（福建）實(shí)驗(yàn)室承擔(dān) 這些試驗(yàn)通稱為環(huán)境與可靠性試驗(yàn)。分為這些試驗(yàn)通稱為環(huán)境與可靠性試驗(yàn)。分為8 8個(gè)組別、個(gè)組別、1212個(gè)項(xiàng)目、個(gè)項(xiàng)目、102102只電容器，其中環(huán)境試只電容器，其中環(huán)境試驗(yàn)有驗(yàn)有5 5個(gè)項(xiàng)目，可靠性試驗(yàn)有個(gè)項(xiàng)目，可靠性試驗(yàn)有7 7個(gè)項(xiàng)目。個(gè)項(xiàng)目。 （01）元件耐焊接熱與耐溶劑）元件耐焊接熱與耐溶劑組別試驗(yàn)項(xiàng)目樣品數(shù)試驗(yàn)條件性能要求試驗(yàn)結(jié)果最大值最小值合格數(shù)C1耐焊 接熱12焊槽法溫度：2605，10s ,浸入時(shí)間101s，恢復(fù)242h.無可見損傷，標(biāo)志清晰合格12C/C5（）3.7-3.2tg0.040.028

17、60.0205元件 耐溶劑溶劑：電阻率不小于1M.cm 軟化水或蒸餾水，溫度235 方法2（無擦拭），恢復(fù)48h無可見損傷，標(biāo)志清晰合格C/C5（）1.5-1.7tg0.040.02900.0201（02）端面強(qiáng)度）端面強(qiáng)度組別試驗(yàn)項(xiàng)目樣品數(shù)試驗(yàn)條件性能要求試驗(yàn)結(jié)果最大值最小值合格數(shù)C2端面鍍層結(jié)合強(qiáng)度12安裝在印板上，彎曲速率：1mm/s；板彎曲：mm無可見損傷，標(biāo)志清晰合格12C/C5（）0.3-0.4tg0.040.03670.0191ESR0.12()0.1180.071（03）溫度快速變化與氣候順序）溫度快速變化與氣候順序組別試驗(yàn)項(xiàng)目樣品數(shù)試驗(yàn)條件性能要求試驗(yàn)結(jié)果最大值最小值合格數(shù)C

18、3.1溫度 快速變化18A=-55，B=+105五次循環(huán)持續(xù)時(shí)間：30min,恢復(fù)：1-2h。無可見損傷，標(biāo)志清晰合格18C/C10（）2.20.2tg0.040.03850.0205IL3.02（A)0.040.02ESR0.12()0.1190.011氣候順序:干 熱循環(huán)濕熱寒 冷循環(huán)濕熱105，16h試驗(yàn)b,第一循環(huán)-55，2h試驗(yàn)b,其余環(huán)循。無可見損傷，標(biāo)志清晰合格C/C10（）-4.9-9.4tg0.0480.02100.0134IL3.02（A)0.050.03（04）穩(wěn)態(tài)濕熱）穩(wěn)態(tài)濕熱組別試驗(yàn)項(xiàng)目樣品數(shù)試驗(yàn)條件性能要求試驗(yàn)結(jié)果最大值最小值合格數(shù)C3.2穩(wěn)態(tài)濕熱9溫度402濕度：

19、93+2-3%RH不加負(fù)荷時(shí)間：21d恢復(fù)12h 無可見損傷，標(biāo)志清晰合格9-20（%）C/C4（%）10.06.2tg0.080.03090.0199IL6.04（A)0.050.03ESR0.144()0.1370.083（05）耐久性）耐久性（1000H）組別試驗(yàn)項(xiàng)目樣品數(shù)試驗(yàn)條件性能要求試驗(yàn)結(jié)果最大值最小值合格數(shù)C3.2穩(wěn)態(tài)濕熱9溫度402濕度：93+2-3%RH不加負(fù)荷時(shí)間：21d恢復(fù)12h 無可見損傷，標(biāo)志清晰合格9-20（%）C/C4（%）10.06.2tg0.080.03090.0199IL6.04（A)0.050.03ESR0.144()0.1370.083（06）高低溫特性

20、與充放電）高低溫特性與充放電組別試驗(yàn)項(xiàng)目樣品數(shù)試驗(yàn)條件性能要求試驗(yàn)結(jié)果最大值最小值合格數(shù)C3.4高低溫特性15測試點(diǎn)：1：20（基準(zhǔn)），2：-55；3：105無可見損傷，標(biāo)志清晰合格152：C/C20（）-5.9-9.12：tg0.080.01140.00702：ESR0.24()0.1220.0533：C/C20（）19.714.83：tg0.040.03280.02013：IL37.75（A)0.260.05充放電溫度：+20；充電6.3V；充電時(shí)間：0.5s；放電時(shí)間：0.5s；循環(huán)次數(shù)：1000000（次）C/C20（）3.5-1.4漏電流IL3.02（A)0.300.04（07）高溫

21、儲存與浪涌電壓）高溫儲存與浪涌電壓組別試驗(yàn)項(xiàng)目樣品數(shù)試驗(yàn)條件性能要求試驗(yàn)結(jié)果最大值最小值合格數(shù)C3.5A高溫貯存6溫度：+105；持續(xù)時(shí)間：50024h；恢復(fù)時(shí)間：至少16h。無可見損傷，標(biāo)志清晰合格6C/C20（）-8.8-14.8tg0.060.01060.0066漏電流IL6.04（A)2.700.03浪涌循環(huán)次數(shù)：1000次；溫度：201；電壓：7.25V；充電時(shí)間：30s；放電時(shí)間：5min30s恢復(fù)16h.無可見損傷，標(biāo)志清晰合格C/C10（）2.61.2tg0.040.01090.0078漏電流IL3.02（A)1.200.03（08）反向電壓）反向電壓組別試驗(yàn)項(xiàng)目樣品數(shù)試驗(yàn)條件

22、性能要求試驗(yàn)結(jié)果最大值最小值合格數(shù)C3.5B反向電壓6溫度：+105；反向電壓0.95V，持續(xù)時(shí)間：125h；正向電壓6.3V，持續(xù)時(shí)間：125h。C/C20（）-8.6-15.16tg0.040.01650.0074漏電流IL3.02（A)0.070.05 ISO9001:2000質(zhì)量管理體系認(rèn)證質(zhì)量管理體系認(rèn)證PA-Cap符合符合RoHS指令指令 電解電容器的特性比較電解電容器的特性比較聚合物固體片式鋁電解電容器與其它電容器的比較聚合物固體片式鋁電解電容器與其它電容器的比較 電容器種類電容器種類 ： AL-CAP液體鋁電容器液體鋁電容器 TA-CAP固體鉭電容器固體鉭電容器 PA-CAP固

23、體聚合物電容器固體聚合物電容器 陰極材料陰極材料 ： 電解液 二氧化錳MnO2 固體聚合物 導(dǎo)導(dǎo) 電電 率率 ： 0.01S/CM 0.1S/CM 100S/CM 導(dǎo)電方式導(dǎo)電方式 ： 離子導(dǎo)電 電子導(dǎo)電 電子導(dǎo)電 工作工作 頻率頻率 ： 10Hz10KHz 1KHz100KHz 1KHz1GHz 優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)：點(diǎn)： AL-CAP： 價(jià)格最便宜，耐壓性優(yōu)良，有自愈特性 TA-CAP： 耐高溫，性能比較好 PA-CAP： 無污染，耐高溫，不會爆炸，優(yōu)良的頻率、溫度特性，極低的ESR值. 缺缺 點(diǎn)：點(diǎn)： AL-CAP ： 受溫度影響很大，高ESR值，電解液易干涸、漏液、爆漿干涸、漏液、爆漿，安全性差。 TA-CAP ： 有污染，易燃燒、爆炸燃燒、爆炸，安全性差，價(jià)格比較高。 PA-CAP ： 耐壓值低。等效串聯(lián)電阻等效串聯(lián)電阻ESR容量頻率特性容量頻率特性漏電流溫度特性漏電流溫度特性 PA-Cap在開關(guān)電源的濾波應(yīng)用：在開關(guān)電源的濾波應(yīng)用： 不接電容紋波不接電容紋波 (150kHz)接入不同電容器時(shí)的紋波接入不同電容器時(shí)的紋波液體鋁電解電容器液體鋁電解電容器固體鉭電解電容器固體鉭電