【应用】电源设计中的电容应用实例

时间： 2021-07-02 来源：东佳电子

技术问答

电源往往是我们在电路设计过程中最容易忽略的环节。其实，作为一款优秀的设计，电源设计应当是很重要的，它很大程度影响了整个系统的性能和成本。

本文中东佳电子将介绍电路板电源设计中的电容使用情况，这往往是电源设计中最容易被忽略的地方。

大家对电容的概念大多还停留在理想的电容阶段，一般认为电容就是一个C。却不知道电容还有很多重要的参数，也不知道一个1uF的瓷片电容和一个1uF的铝电解电容有什么不同。实际的电容可以等效成下面的电路形式：

C：电容容值。一般是指在1kHz，1V 等效AC电压，直流偏压为0V情况下测到的，不过也可有很多电容测量的环境不同。但有一点需注意，电容值C本身是会随环境发生改变的。

ESL：电容等效串联电感。电容的管脚是存在电感的。在低频应用时感抗较小，所以可以不考虑。当频率较高时，就要考虑这个电感了。举个例子，一个0805封装的0.1uF贴片电容，每管脚电感1.2nH，那么ESL是2.4nH，可以算一下C和ESL的谐振频率为10MHz左右，当频率高于10MHz，则电容体现为电感特性。

ESR：电容等效串联电阻。无论哪种电容都会有一个等效串联电阻，当电容工作在谐振点频率时，电容的容抗和感抗大小相等，于是等效成一个电阻，这个电阻就是ESR。因电容结构不同而有很大差异。铝电解电容ESR一般由几百毫欧到几欧，瓷片电容一般为几十毫欧，钽电容介于铝电解电容和瓷片电容之间。下面看一些X7R材质瓷片电容的频率特性：

当然，电容相关的参数还有很多，不过，设计中最重要的还是C和ESR。

下面简单介绍一下我们常用到的三种电容：铝电解电容，瓷片电容和钽电容。

1）铝电容是由铝箔刻槽氧化后再夹绝缘层卷制，然后再浸电解质液制成的，其原理是化学原理，电容充放电靠的是化学反应，电容对信号的响应速度受电解质中带电离子的移动速度限制，一般都应用在频率较低（1M 以下）的滤波场合，ESR主要为铝萡电阻和电解液等效电阻的和，值比较大。铝电容的电解液会逐渐挥发而导致电容减小甚至失效，随温度升高挥发速度加快。温度每升高10℃，电解电容的寿命会减半。如果电容在室温27℃时能使用10000小时的话，57℃的环境下只能使用1250小时。所以铝电解电容尽量不要太靠近热源。

2）瓷片电容存放电靠的是物理反应，因而具有很高的响应速度，可以应用到上G的场合。不过，瓷片电容因为介质不同，也呈现很大的差异。性能最好的是C0G材质的电容，温度系数小，不过材质介电常数小，所以容值不可能做太大。而性能最差的是Z5U/Y5V材质，这种材质介电常数大，所以容值能做到几十微法。但是这种材质受温度影响和直流偏压（直流电压会致使材质极化，使电容量减小）影响很严重。下面我们看一下C0G、X5R、Y5V三种材质电容受环境温度和直流工作电压的影响。

可以看到C0G的容值基本不随温度变化，X5R稳定性稍差些，而Y5V材质在60℃时，容量变为标称值的50%。

可以看到50V 耐压的Y5V 瓷片电容在应用在30V 时，容量只有标称值的30%。陶瓷电容有一个很大的缺点，就是易碎。所以需要避免磕碰，尽量远离电路板易发生形变的地方。

3）钽电容无论是原理和结构都像一个电池。下面是钽电容的内部结构示意图：

钽电容拥有体积小、容量大、速度快、ESR低等优势，价格也比较高。决定钽电容容量和耐压的是原材料钽粉颗粒的大小。颗粒越细可以得到越大的电容，而如果想得到较大的耐压就需要较厚的Ta2O5，这就要求使用颗粒大些的钽粉。所以体积相同要想获得耐压高而又容量大的钽电容难度很大。钽电容需引起注意的另一个地方是：钽电容比较容易击穿而呈短路特性，抗浪涌能力差。很可能由于一个大的瞬间电流导致电容烧毁而形成短路。这在使用超大容量钽电容时需考虑（比如1000uF 钽电容）。

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Lang Lv7. 资深专家 2021-07-05

学习
用户56731903 Lv9. 科学家 2021-07-03

了解一下！！！

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型号- 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

选型指南 - KENDEIL - 2022/4/6 PDF 英文下载

东佳电子铝电解电容选型表2

东佳电子提供高低段电压覆盖，高频低阻，长寿命，小体积的优质铝电解电容器和导电性高分子固态电容器，铝电解电容有贴片式、插件式、牛角式、螺栓式，电压可达到600V, 温度可达到130℃，寿命可达到20000小时；导电高分子固态电容有贴片式和插件式以及混合固态贴片式，混合固态引线式，温度最高可达125℃，寿命最长5000hr，电压最高可达250V ；多个系列，型号齐全，尺寸可定制

产品型号	品类	形状	静电容量(μF)	额定电压(VDC)	尺寸(ΦD*L)mm	寿命(hrs)	精度%	纹波电流(mArms)	温度范围(℃)	频率(Hz)
MRW-063V331MK165-T/R	铝电解电容器	SMD Type	330μF	63VDC	18mm*16.5mm	2000hrs	±20%	750mArms	-40℃～105℃	120Hz

选型表 - 东佳电子立即选型

Aluminium electrolytic capacitors (SGS) Test Report (CANEC2109511601)

型号- KRH,KRJ,KRL,KLF,KLE,KRN,KLH,K3N,KRM,KLG,KJH,K3S,KLL,KBD,.KLJ,KLP,KSHS,KHP,KLS,KHT,KLW,KBP,KC3,K2A,KA3,KSH,KSJ,KR2,KR1,KR3,KAG,KCH,KZB,KCL,KZF,KZH,K3A,KRB,KZL,KRF,KZM

测试报告 - 东佳电子 - 11 Jun 2021 PDF 英文下载