滤波器系列(八):电容器件选型指南

电容的选型应根据使用环境、温度系数、频率特性、绝缘电阻要求、额定工作电压、使用精度要求、使用寿命、降额使用的原则进行选型。

0.1、参数选型要点说明

1.1、电容器额定工作电压参数的选择

电容器的额定工作电压应高于实际工作电压,并留有足够余量,以防止因电压波动而导致损坏。一般而言,应使工作电压低于电容器的额定工作电压的10%-20%。在某些电路中,电压波动幅度较大,可留有更大的余量,有极性的电容器不能用于交流电路。电容器的额定电压一般标注在电容器外壳上,常用的固定电容工作电压有:6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、100V、400V、500V、630V、1000V。

1.2、温度系数参数的选择

电容器的温度系数越大,其容量随温度的变化越大,使得电路产生漂移,而造成电路工作的不稳定,对于很多电路这种现象是不允许的,贴片电容的温度系数如下表所示:

1.3、绝缘电阻参数的选择    

绝缘电阻越小的电容器,其漏电流就越大,漏电流不仅损耗了电路中的电能,重要的是会导致电路工作失常或降低电路的性能。漏电流产生的功率损耗,会使电容器发热,而其温度升高,又会加剧漏电流,如此循环极易损坏电容器。对于应用条件有严格漏电流要求的场合,例如安规电容Y电容,应选择绝缘电阻足够高的电容器。在寒冷条件下,由于气温很低,普通电解电容器会因电解液结冰而失效,导致设备工作失常,需要使用耐寒的电解电容器。对于周围存在热源的应用场景,普通电解电容的电解液很容易受高温烘烤,降低电容滤波性能,长久使用在高温环境会造成电容失效,应选择固态电解电容。

1.4、误差(精度)参数的选择

在晶振信号的负载电容、反馈环路的电容、振荡回路的电容、滤波器电路,对电容器的误差精度有非常高的要求,应选用高精度的电容器来满足电路要求,电容的误差列表如下:

降额设计

降额使用可以提高可靠性,处于最差工况工作的元件,是实际寿命达不到额定寿命的重要因素,电容降额标准如下:

【降额说明】:工作电压、最高壳温、反向电压这3个降额参数是互相关联的。

1.5、封装参数的选择

电容封装的选择即可以节约PCB板面积,也可以降低电容寄生参数的影响,选择合适的电容封装即可以保证电气性能,也可以保证设计可靠性。

贴片无极性电容器封装结构图

贴片电容封装尺寸规格如下表所示:

0.2、电容应用注意事项说明

2.1、电容使用环境的影响

使用环境的好坏,直接影响电容器的性能和寿命。在工作温度较高的环境中,电容器容易产生漏电并加速老化。在设计时,电容器安装位置应远离热源,或者改善通风散热,必要时增加风扇或者风冷散热。在寒冷条件下,由于气温很低,普通电解电容器会因电解液结冰而失效,导致设备工作失常,需要使用耐寒的电解电容器。对于周围存在热源的应用场景,普通电解电容的电解液很容易受高温烘烤,降低电容滤波性能,长久使用在高温环境会造成电容失效,应选择固态电解电容。用于半导体芯片供电电源退耦、滤波电容的高频电容,考虑到半导体芯片本身工作时的环境温度,贴片电容的材质选择应慎重,优选NPO材质贴片电容,次选X7R、X5R,最后再考虑Y5V材质电容。

2.2、不同材质电容性能对比

根据电路应用,选择合适材质的电容,即可以满足电气性能,还可以降低成本。不同材质电容对比如下表所示:

2.3、影响电容使用寿命的因素

影响电容使用寿命的原因很多,比如过电压、逆电压、高温、急速放电等。正常使用影响电容寿命的最大因素是温度,电容器的使用寿命随温度的增加而减小,主要原因是温度加速化学反应而使介质随时间退化。

附录1:额定电容的测量方法(IEC60384-1与IEC60384-4)

附录2:电容器的型号命名方法

附录3:常用固定电容的标称容量系列表

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