电容器知识介绍 2008627

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电容器知识介绍 ,电解电容器与薄膜电容器,1,UPS中的电容器,UPS中大量应用的电容器,第一类：,电解电容器,主要用于输入整流滤波、输出整流滤波、辅助电源的旁路等,第二类：,薄膜电容器,主要用于耦合、缓冲、电源旁路、定时、电源滤波器,第三类：陶瓷电容器,与薄膜电容器作用相似,2,题一 电解电容器,电解电容器的分类,铝电解电容器的电气参数,规格书解读,铝电解电容器的失效模式、失效机理及预防措施,铝电解电容器的使用及注意事项,铝电解电容器的技术趋势,3,一,、电解电容的分类,铝电解电容器,主要用于工频整流滤波、开关电源输出整流滤波、辅助电源的旁路。,钽电解电容器,主要用于,DC/DC,变换器的电源输入旁路、,DC/DC,变换器或高可靠电源的输出整流滤波、辅助电源的旁路。,聚合物电解电容器,高频开关电源的输出整流滤波、高电流变化率负载的电源旁路,4,电解电容的性能特点,具有特大的比电容，可获得所有电容器中的最大容量，适于小型化。,自愈功能,-,工作过程中能自动修补或隔绝氧化膜中的瑕疵、缺陷，使介质随时得到加固和恢复其应有的绝缘能力,可耐非常高的场强,性价比高，应用广,具有极性,工作电压上限值不高（铝的最高达,700V,，固体钽的最高达,150V,，液体钽的最高达,160V,）,绝缘质量较差,铝电解电容易老化，性能逐年下降；钽电解则不存在此问题。,5,铝电解电容器及其分类,铝电解电容器是最早的电解电容器：,1921,年出现液体铝电解电容器，,1938,年前后改进为由多孔纸（牛皮纸和马尼拉麻纸）浸渍电糊的干式铝电解电容器。,铝电解电容器的分类,Chip Type (SMD ),Radial Type,Snap-in Type,Screw Type,Axial Type,6,二、铝电解电容器的电气参数,电压参数,电容量,(,uF,mF,F,),及容量误差,损耗角正切,(%),漏电流,(,uA,mA,),ESR,等效串联电阻,(,m,),阻抗,(,m,),工作温度范围,寿命参数,7,铝电解电容器的电压参数,额定,DC,电压,V,R,额定,DC,电压,V,R,是电容器在额定温度范围内所允许的连续工作电压，它包括在电容器两电极间的直流电压和脉动电压或连续脉冲电压之和。,反向电压,绝大多数电解电容器不允许施加反向电压，铝电解电容器的反向电压短时间内不得超过,1.5V,，一般允许不超过,0.8V,。,额定浪涌电压,V,S,额定浪涌电压,Vs,是铝电解电容器在短时间内能承受的电压值，其测试条件是：电容器工作在,25,，在不超过,30,秒，两次间隔不小于,5,分。,IEC 384-4,中规定的浪涌电压与额定电压的关系如下：,（,1,）,U,R,315V,时：,U,S,=1.15U,R,（,2,）,U,R,315V,时：,U,S,=1.1U,R,有些铝电解电容器（主要是大型铝电解电容器）在外壳上也标注浪涌电压。一般的标注方法为：,V,S,8,瞬间过压,铝电解电容器一般能瞬间承受的极限过电压,接近于铝电解电容器的击穿电压,交流叠加，纹波电压,铝电解电容器两端之间不仅可以施加直流电压，而且还可以施加交流叠加电压或纹波电压，但须符合如下条件：,（,1,）直流电压与交流叠加电压和纹波电压之和不能超过额定电压，且不发生反 极性现象,（,2,）电流不超过额定电流,铝电解电容器的电压与漏电流特性,9,铝电解电容器的容量及容量误差,额定电容量,额定电容量是标称容量，定义在,120Hz,和,25,。,静电电容量,静电电容量即直流电容量，是在对电容器施加直流电压时测量其电荷得到。,电容容差,电容容差是允许的最小或最大电容值与额定电容量的差值同额定电容量的比值，通常用百分比表示。产生这种偏差的原因是由于原材料的不均匀性及结构、工艺波动等因素造成的。,10,铝电解电容的损耗角正切,电解电容器的损耗因数（,Dissipation Factor,，英文缩写：,DF,）可以理解为在交流电流激励下，电解电容器的无功功率和等效串联电阻（,ESR,）的有功功率之比，如下式表征：,DF,的测量,在,120Hz,、,25,、无正向电压偏置、最大交流有效值,1V,信号电压调谐条件下进行，,DF,由温度和频率决定。,DF,是表征铝电解电容器质量优劣的一个重要数，其值越小表明电容自身损耗就越小，工作时温升就越低。,11,铝电解电容器的损耗因数与温度、频率的关系,12,铝电解电容的漏电流,由于铝氧化膜介质上浸有电解液，在施加电压时，重新形成以及修复氧化膜的时候会产生一种很小的称之为漏电流的电流，刚施加电压时，漏电流较大，随着时间的延长，漏电流会逐渐减小并保持稳定。,漏电流I,LC,是用来表征铝电解电容的绝缘质量，它与施加电压的大小、环境温度的高低和测试时间的长短都有密切关系，故厂家在规定漏电流时，就标明其测试时间t、施加电压U和环境温度T的大小,13,漏电流的电压、温度特性,25,时漏电流仅仅是,85,时漏电流的不到十分之一,额定电压下的漏电流大约是,90%,额定电压下的漏电流的,5,倍。,14,铝电解电容器的等效串联电阻,ESR,铝电解电容器常用的等效电路,等效串联电阻（,ESR,）包括电极和引出端子的电阻、电解液的电阻，其中电解液电阻是主要部分。,对于一般应用的铝电解电容器，多数电容器生产厂商是不给出,ESR,数据的，对于开关电源用的低,ESR,铝电解电容器或电容量比较大的插脚式铝电解电容器则给出这个数据。生产厂商不给出,ESR,数据的主要原因是：相对于其它介质的电容器，铝电解电容器的,ESR,显得太大。如,1F/16V,的普通铝电解电容器，其,ESR,一般在,20,左右；,100F,的铝电解电容器，其,ESR,也是在,1.52,之间。,试想，这样的数据写在承认书里肯定会影响,RD,对应用铝电解电容器的信心。因此，从某种意义上讲，应用铝电解电容器是一种无奈的选择。,15,铝电解电容器的阻抗,在特定频率下，阻碍交流电通过的电阻就是所谓的阻抗（Z）。它与电容的容量、寄生电感和等效串联电阻ESR密切相关。如下式所示：,16,铝电解电容器的工作温度范围,在工作,/,存储温度上限与下限之间的整个温度范围就是铝电解电容器的工作温度范围。由于铝电解电容器以电解液为负极，随着温度的升高将会达到电解液的沸点。故此，电解液的沸点将是铝电解电容器不可逾越的最高工作与存储温度。在实际应用中，最高工作温度要比电解液的沸点低,1020K,；同理，在温度过低时，电解液将变得粘稠甚至凝固使铝电解电容器不能应用。因此，铝电解电容器也有工作与存储温度的下限。,对于比较低级的商业应用，铝电解电容器的最高工作,/,存储温度和最低工作,/,存储温度为,+85/-20,。如果对低温有特殊要求时，最低工作温度可以达到,-40,；如果铝电解电容器的工作,/,存储温度比较高，则需要,105,；当遇到更高的工作温度，如节能灯或汽车发动机舱内的应用时，要求铝电解电容器的最高工作,/,存储温度要达到,125,甚至是,150,。,通过上述分析可以看到，铝电解电容器的最高工作,/,存储温度可以分为：一般应用的,+85,，比较高工作,/,存储温度的,+105,和非常高工作温度的,125,甚至是,140,、,150,的五个最高工作,/,存储温度。,17,铝电解电容器的寿命参数,通常铝电解电容器的终止寿命评判依据是电容量下降到额定（或初始值）的,80%,以下。,自寿命（,Shelf Life,）,在没有电压下，铝电解电容器储存在某一温度或最高工作温度中， 直到寿命终止经历的时间。业界对铝电解电容器的自寿命一般定义为在最高工作温度中储存到寿命终止，常见的自寿命有,500h,，,1000h,，,5000h,等。,负荷寿命（,Load Life,）,在最高工作温度中，对铝电解电容器施加额定电压及额定纹波电流，直到寿命终止所经历的时间 。常见的负荷寿命有,2000h,，,3000h,，,5000h,，,8000h,，,10000h,等。,18,影响电容器寿命的因素,电容器本身的特性,设计 工艺 制造过程,环境温度,施加的纹波电流,施加的工作电压,19,三、规格书解读,供应商规格书解读：,20,三、铝电解电容器的失效模式、失效机理及预防措施,电容器类别,失 效 模 式,失 效 机 理,铝电解电容器,漏液,密封不佳、橡胶老化龟裂、高温高压下电解液挥发,炸裂,工作电压中交流成分过大、氧化膜介质缺陷、存在氯离子或硫酸根之类的有害离子、内气压高,开路,电化学腐蚀、引出箔片和阳极接触不良、阳极引出箔片和焊片的铆接部分氧化,短路,阳极氧化膜破裂、氧化膜局部损伤、电解液老化或干涸、工艺缺陷,电容量下降,DF增加,电解液损耗较多、低温下电解液粘度增大,漏电流增大,氧化膜致密性差、氧化膜损伤、氯离子严重沾污、工作电解液配方不佳、原材料纯度不高、铝箔纯度不高,21,铝电解电容器失效的预防措施,工作条件类别,预防措施或注意事项,工作温度及纹波电流,a.确定工作温度及纹波电流在规定范围内,b.当并联两个或更多电容时，需注意接线电阻应计算在内,c.注意电容工作时产生的热能导致设备内部温度的升高,施加电压,a.注意电容正负极，不应施加反向电压或交流电压,b.确定交流电压的峰值不超过电容的额定电压,c.不应用于经常性急速充/放电的线路上,工作环境,a.电容器如接触水、盐水、油或受潮后不应马上使用,b.不要用在高度振荡、冲击环境下,组装,a.不要错装电极,b.260下焊接时间不超过10s，或350时不超过3s,c.确保电容器的安全槽不被封闭,储存,a.应储存在正常的温度、湿度条件下，避免受到阳光直射,b.最长存放期为3年,22,四、铝电解电容器的使用及注意事项,使用注意事项,普通铝电解有正负极,电容器两端电压要小于额定电压,(0.6-0.8U,R,),普通铝电解不适用于频繁充放电电路,铝电解使用时,纹波电流不得超过其承受能力,铝电解工作环境温度应尽可能低且不得高于额定上限温度,铝电解长期存放后应重新老化,铝电解应储存于温度较低和干燥的环境中,安装注意事项,铝电解的铝外壳与负极间不绝缘,安装时应尽量避免机械应力,铝电解焊接时应尽量避免长时间高温,(,270 ,4s),印制电路板孔距应与铝电解脚距相匹配,带防爆阀的铝电解安装应留有足够空间,( 8:2mm;10-16:3mm; 18:5mm),铝电解电容器使用时要远离发热元件,23,其它相关注意事项,铝电解电容器的“偷电压”及后果,由于铝电解电容器的浪涌电压是额定电压的,1.15,倍，对于,300V,额定电压的铝电解电容器的浪涌电压为,345V,，可以满足,243V,交流有效值输入电压。如果用额定电压为,300V,的阳极箔替代额定电压,400V,的阳极箔将会大大降低铝电解电容器的成本。有的铝电解电容器生产厂商就是采用这种“偷电压”的方法降低生产成本。,为了避免过大的漏电流，延长铝电解电容器的寿命，通常要降低铝电解电容器的使用电压，一般取,0.9,以下。但如果选用了偷“电压”的铝电解电容器就将已经留出的电压富裕量丧失殆尽，甚至可能使工作电压超过额定电压，这就使漏电流大大增加，从而大大的减少了铝电解电容器的寿命。,24,铝电解电容器的翻新件,更换电解液,翻新的铝电解电容器比较恶劣，通常是收集国外下线铝电解电容器，重新浸电解液后封装。尽管国外著名铝电解电容器检测比国内严格，有些下线的铝电解电容器性能还是接近于国内正品铝电解电容器，但是，其性能还是不如国内正牌铝电解电容器。通常是一些不负责任的销售商为了获得市场竞争力，到铝电解电容器生产厂收购下线铝电解电容器，剔除没有电容量和击穿的后拿到市场上销售。,其特征是电容量表现正常，但漏电流和损耗因数高于正品铝电解电容器。漏电流大，实际寿命明显短于预期寿命，如果在大纹波电流或高温下应用是极其危险的，其原因是过高的漏电流会导致铝电解电容器在大纹波电流或高温应用时的温度更高，轻者寿命缩短，严重时会导致铝电解电容器“爆浆”。,25,铝电解电容器的翻新件,套膜,套膜是伪劣铝电解电容器“翻新”的常用手法。通常将买来的铝电解电容器套上升两档标注额定电压的新套膜热缩管，其印刷水平可以以假乱真。例如将额定电压,250V,的铝电解电容器换上额定电压,400V,的铝电解电容器，这样的铝电解电容器的“价值”将翻番甚至更高。套膜铝电解电容之制造就是依据应用时电压降额的习惯，在电压降额后可能正好是套膜铝电解电容器的浪涌电压值，在这个电压下，套膜铝电解电容器还是能用一段时间的。,铝电解电容器的“偷容量”,为了降低成本，获得更大利润，铝电解电容器制造商供货时，其电容量总是负偏差，有些接近容值下限。,26,五、,铝电解电容器的技术趋势,小型化（缩小体积，扁平化）,高性能（低阻抗、耐大纹波电流、长寿命化,）,宽工作温度范围，上限温度寿命提高,(125 -150 ),固体电解质电容器的商品化,27,题二 薄膜电容器,薄膜电容器的分类,薄膜电容器的电气参数,规格书解读,薄膜电容器的失效模式、失效机理及预防措施,薄膜电容器的使用及注意事项,薄膜电容器的技术趋势,28,一,、,薄膜电容器的分类,薄膜电容器主要应用于电源滤波器、缓冲电路、定时电路、旁路和,输出整流滤波。其分类方式繁多，主要可归结如下：,按结构分,卷绕型的扁平方式（立脚）,卷绕型（轴向脚）,叠层型（,stacked film,）,按封装分,壳装式,沾浸式,胶带包札式,按使用电压分,直流电压（DC）,交流电压（AC）,按电感性分,有感式（Inductive）,无感式（Non-inductive）,29,薄膜电容器按介质材料分,介质材料极性,介质材料分类,电容器性能特点,非极性,聚苯乙烯,（箔式和金属化）,电性能优良，长期稳定性好，损耗极低，介质吸收小，绝缘电阻高，负温度系数小，精确度高（0.05%），但工作温度不高（+70+75）,聚乙烯,电性能和耐热性基本上类似于聚苯乙烯，但容量稳定性差，损耗角较大，机械性差,聚丙烯,（箔式和金属化）,电性能优良，低损耗，低介质吸收，高介质强度，高绝缘电阻，工作温度可达100,聚四氟乙烯,（箔式和金属化）,损耗小，绝缘电阻高，温度、频率特性稳定，耐高温250，但耐电晕性差，工艺复杂，成本高,极性,聚碳酸酯,（箔式和金属化）,容量稳定性较高，损耗小，工作温度在,+120+130,聚对苯二甲酸乙二酯,（箔式和金属化）,比容大，耐热性好，工作温度在+120+130，介质损耗相对较大，温度频率特性不稳定。,聚酰亚胺,电性能类似于聚酯，工作温度在+130，耐辐射，耐燃烧,聚苯硫醚,损耗低，稳定性好,30,薄膜电容器按电极材料分类,电极材料分类,主要特点,优点比较,金属箔式电容器,采用金属箔（Al，Sn）作电极，以塑料薄膜（聚乙酯，聚丙烯，聚笨乙烯或聚碳酸酯等）为介质材料，从两端重迭后，卷绕成圆筒状之电容器。,金属化薄膜电容器（1）可以省去金属箔电极的厚度，缩小电容器的单位容量体积，易于小型化，大容量。（2）自愈性,金属化薄膜电容器,采用金属化薄膜（聚乙酯、聚丙烯、聚碳酸酯等）为电极，以塑料薄膜为介质材料，卷绕或积层而成之电容器。（所谓金属化薄膜就是采用真空蒸镀法在塑料薄膜上镀上一层很薄的金属，如：Al，Zn，Al-Zn等),31,二、薄膜电容器的电气参数,电压参数,电容量,(pF,uF,),及测试条件,损耗角正切,(%),绝缘电阻,32,薄膜电容器的电压参数,额定电压,V,R,额定电压,V,R,是电容器在额定温度范围内所允许连续工作的最大直流电压。,测试电压 （耐压）,测试电压是依据介质材料可承受的介电强度而确定的，一般为额定电压的,1.25,2.5,倍，测试时间典型值为,2s,。,寿命测试电压,在额定温度上限下，对电容施加的电压，一般为额定电压的,1.25,或,1.5,倍，测试时间为,500h,，,1000h,。,最大连续电压,电容器在整个温度范围内的任一温度连续承受的电压，与额定直流电压相同，但随着温度的升高，电压需降额使用。,33,根据,IEC384-14,的规定，,X,电容可以分成下表所示,3,个安规级别：,开路电压波形（1.2/50us）,安规薄膜电容（,X1,，,X2,）的,Impulse,测试电压,34,薄膜电容器的电容量及测量条件,额定电容量,额定电容量是标称容量，一般从,1nF,到数十微法，定义在,1KHz20%,，,1V,rms,（,max.5V,）和,15,35,。,电容量与温度的关系,聚丙烯在整个温度范围内呈现负温度特性,聚脂膜呈现正温度特性，整个温度范围大致在,4%,聚苯乙烯膜总的趋势为正温度特性,聚苯硫醚在,100,以下为负温度特性，,100,以上为正温度特性,35,电容量与频率的关系,不同介质材料的薄膜电容器的电容量的频率特性如下图：,聚脂膜电容器的电容量随频率上升而下降,聚苯硫醚膜电容器在,100KHz,以下，电容量基本不随频率变化，当频率高于,200KHz,以上时，电容量随频率的增加而增加,聚苯乙烯膜电容器的电容量在,200Hz,以下随频率的增加而减小，频率在,300KHz,以上，电容量随频率上升,聚丙烯膜电容器的电容量的频率特性非常好，频率在,1MHz,时，容量仍不受频率影响,36,电容量与湿度的关系,塑料外层电容器的电容量随环境湿度的改变而发生逆向变化，这种变化取决于电容器的不同型号，层与层之间的绝缘物质和有效空气缝隙会在环境湿度中改变，且影响测得的电容量,聚脂膜电容器相对有较大的湿度系数,聚苯硫醚膜电容器的相对湿度系数变化最小，聚丙烯膜电容器次之,聚苯乙烯膜电容器的相对湿度系数变化最大,37,薄膜电容器的损耗角正切（,%,）,薄膜电容器的测量条件与电容量的相同，对于聚酯膜电容器、聚丙烯膜电容器,，另外还需额外加测一个,10KHz,或,100KHz,的测试频率,各类薄膜介质电容器的损耗因数与频率的关系如下图：,聚酯膜电容器的绝缘特性导致其损耗因数明显高于聚丙烯膜电容器和聚苯乙烯膜电容器的损耗因数,38,薄膜电容器的损耗角正切与温度的关系,薄膜电容器的损耗角正切与温度的关系如下图：,聚苯硫醚膜和聚丙烯膜电容器的损耗因数在,-40,100,内与温度无关，,100 ,以上开始增加,聚酯膜电容器的损耗因数表现最差，聚苯乙烯膜电容器次之。,39,薄膜电容器的绝缘电阻,绝缘电阻是通过确定输入直流电压与电流施加到电容器,1min,偏差后的比值得到的。,IEC384-14,规定的测试条件如下：,绝缘电阻受温度的影响,电容器的额定电压U,R,测试电压/V,10VU,R,100V,101,100VU,R,500V,10015,U,R,500V,50050,40,三、规格书解读,供应商的规格书解读：,41,四、薄膜电容器的失效模式、失效机理及预防措施,电容器类别,失 效 模 式,失 效 机 理,薄膜电容器,开路,引出线与电极接触不良；引线部位发生“自愈”，使电极与引出线绝缘,短路,介质材料击穿,电参数恶化,受潮；自愈,预防措施：,避免电容器在过规格条件下使用。,42,五、薄膜电容器的使用及注意事项,薄膜电容常见问题,金属化塑料薄膜电容器会随着放置之周围环境条件而产生电气特性变化,在自然放置状况下,空气中的湿气浸透也会产生少许的容量变化,而容量变化的程度也根据诱电体材料、外装材料构造等而有差异。,杂音问题,:,电容器所发生之杂音,乃由于诱电体之薄膜经过交流电力作用使薄膜二极间发生机械式的振动,而杂音问题,特别是电压不稳或有电压突波或使用于高频率时,将会产生较高之振动声音,但不影响电容器本身之电气特性,且不同制造批,杂音的音量频率也会改变,必须确认使用中可听见及接受杂音之程度。,43,薄膜电容的使用及注意事项,电容器须避免电压，温度快速变化的环境，即使不超过电容器的额定值，均会对电容器质量造成快速劣化。,电容器应用于电路时，有快速或经常的充放电，特殊频率如高频或不同大气压力等，必须确认电容器适用性。,电容器耐压试验，寿命试验时，须将多种电容器并联时，电容器务必串联电阻。,电容器承受过电压过温度异常或产品寿命的末期，而造成绝缘材质破坏，电容器有可能产生冒烟烧毁。为防止这样情形的发生，必须使用保护型的电容器，使电容器在异常情况发生时与电路开路，达到保护的效果。,44,六、薄膜电容器的技术趋势,介质材料也日趋多样化，如,PET,、,PEN,、,PPS,、,PPO,、丙烯酸树脂等。,叠片结构各有特色，如宽幅平板叠片、圆盘式叠片、扁平芯条叠片等。,卷绕式各异，如棒状卷绕、环状卷绕、平面卷绕等。,45,Thank you for your attention!,46,