【经验】解析钽电容器和II类MLC电容器,以及选择电容器时的考虑因素
如今,品类繁多的电容器各具特性,这使得电路设计师和电气工程师很难确定什么是最适合其应用的。更令人困惑的是,现在有的人对于电容器存在一些误解,如认为钽电容和II类MLCC是可以互换的,而事实上情况并非总是如此。每种电容器类型都有各自明显的优缺点,掌握了每种电容器的特点能够确保您选择正确的技术,以更好地满足您的特定应用需求。此次楼氏电容((KNOWLES)将带您简要了解钽电容和II类MLCC,以及在选择电容器时需要考虑的各种因素。
钽制电容器是一种无源电解电容器。这些电容器由阳极(或正极板)、氧化物层(充当电容器的电介质)和阴极(或负极板)组成。更具体地说,钽电容器使用多孔金属钽颗粒作为阳极,氧化物层作为介电层,锰氧化物层作为阴极(图1)。钽电容可以分为径向、轴向和表面贴装(SM)形式。
图1 典型的钽电容器的结构示意图
MLC电容是无源陶瓷电容,使用陶瓷层作为介质和薄金属层作为电极(图2)。MLCC可分为引脚式和表贴式两种形式,主要用于低容值(pF - uF)应用。一般情况下,MLCC分为以下两类:
· I类电容器——高稳定性和低损耗谐振电路应用
· II类电容器——更高容积效率的旁路和耦合应用
其中II类MLCC与钽电容器最具可比性,因为II类MLCC具有更高的容积效率。因此,我们接下来将侧重于讨论MLCC中的II类电容器。
图2 为MLCC的构造示意图
上文已经对这两种电容器类型的结构差异进行了基本概述,那么让我们看看在选择这两种电容器时,最适合您的应用以及需要考虑的各种因素。
1、容积效率和高容值
钽电容和MLC电容都有很高的容积效率,这意味着在给定尺寸下,这二类电容可以提供高容值。然而,钽电容的一大优点是,它们可以提供高达1,000µf的电容值,是II类MLCC最大电容值的10倍。这使得钽电容非常适用于需要快速爆发、小封装充电的场合,如除颤器和起搏器等医疗植入器件。
2、等效串联电阻和频率范围
等效串联电阻(Equivalent Series Resistance/ESR)是电容中的内阻。在高频范围尤其是在100kHz或更高的频率下,II类MLCC的ESR比钽电容低得多,所以在高频应用如卫星通信设备中使用时不会过热。钽电容在高频的可靠性较低,可能会导致过度的功率损耗并缩短电池寿命。
由于ESR增加了电路中的阻抗,在高频条件下,钽电容在平滑滤波和耦合应用方面不如MLCC有效。图3显示了不同频率范围内各种类型电容器的ESR。
图3 五种不同类型的电容器从低频到高频的ESR变化情况,并表明MLCC在最高频率下显示的ESR最低
3、温度稳定性、直流偏压效应和老化
一般来说,钽电容具备较好的温度稳定性,在不同工作温度下的容值的线性变化最小。这使得钽电容非常适合在极高温度下工作,例如应用在井下油气作业中接近125℃的电路中。在这些极端环境中,使用钽电容比使用II类MLCC容值的变化要小得多。此外,MLCC会受直流偏压的影响而钽电容则不会。
另外,钽电容的容值不会随着时间的推移而变小,也不存在任何的会随着电容器的老化而磨损的机制。在II类MLCC中使用的介质是铁电体,介电常数会随着时间的推移而降低,从而导致容值下降。同时,II类MLCC是压电的,这意味着MLCC可能因电压波动而向各个方向振动,产生无用噪声。因此,钽电容非常适合需要长期稳定性、低噪声和高容值的应用,如汽车电子应用。
图4 随着温度和直流电压的变化,钽和MLCC的容值稳定性一览
4、工作电压和配置
II类MLCC可以安全运行至12kV,而钽电容的额定电压则低得多,范围为4V至50V,具体取决于尺寸。对钽电容施加高于额定电压的电压会导致灾难性故障,有可能会引发燃烧、火灾、小爆炸和热失控(图5)。因此,高压应用如电源、高压输出滤波器和电压放大器等,需要的是MLCC而不是钽电容。
图5 钽电容器在超过其安全操作极限下使用后着火的示例
钽电容在85°C以上的环境工作,电压也会线性降低。因此,如需要在最高工作温度环境下工作,制造商通常建议钽电容的工作电压不超过其额定电压的50%(图6)。
图6 钽电容及I类、II类MLCC的工作温度和容值之间的关系
此外,MLCC可以以任何方式进行定向,因为它有两个非极化的侧面焊接到电路板上。只要两个端头都连接在电路上,它就可以运行。另一方面,钽电容是极化的,就像电池一样,这意味着这些电容器需要定向到正确的一端才能正常工作。如果操作不当且电容器受到高反极性脉冲,则有可能出现爆炸性故障。
如上所述,钽电容和MLCC并不总是可互换的。当然如果考虑的参数只有容值时,那么这两类电容器可以互换,MLCC相较钽电容更适用于较低水平的容值应用中。
然而,大多数的应用往往需要考虑更多的参数,而不仅仅只是容值。因此在需要大容值、小封装和长期稳定性的应用中,钽电容是一个绝佳的选择。而针对高频或高压应用,II类MLCC因其具备的整体可靠性被视为理想之选。
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目录- General and Technical Introduction SM EMI Filters Panel Mount EMI Filters Discoidals, Planar Arrays and Special Filters
型号- 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
湘怡电子授权世强硬创代理小型/高频化/高可靠片式钽电容器等产品
产品广泛应用于通讯、安防监控、医疗、汽车、教育器材、工控仪表、消防电子、电动工具、民爆行业、钻探仪器仪表等领域市场。
签约新闻 发布时间 : 2024-09-13
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整体外形尺寸小至0.6*0.3*0.3mm (DFN0603),工作电压范围覆盖2.5V~36V,电容值低至0.2pF,浪涌能力最高可达240安培,静电等级可达空气放电、接触放电±30KV。提供免费浪涌测试仪、静电测试仪测试。
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可定制OGS一片式电容屏,G+G电容屏,G+F电容屏,G+F+F电容屏,尺寸范围:1”~21”,单层产品厚度:0.55mm~2mm,可按客户要求在产品上附加防反射,防指纹,多色丝印,钻孔磨边,2.5D导圆角等工艺。
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