电容可以说是硬件工程师最熟悉的元件了,每块儿电路板基本都会用到一些。电容的原理非常简单,而且价格便宜,在成本中所占比例很小,所以常常被忽视。然而,如何正确地选择和使用电容,却是十分重要的,稍不注意,就会带来意想不到的大问题。就像我们之前的一篇文章看到的,在家用的照明电路中,因为一个电解电容太靠近发热元件而很快失效,导致整个产品故障。如果我们留心观察,这种案例还是挺多的。在此我们从实际应用出发,介绍一下电容的类型,以及在产品中使用时要注意哪些问题。 实际产品中电容失效导致产品故障
容量,精度,体积和成本 根据需要选取相应等级的电容 F级电容:精度在±1%以内 G级电容:精度在±2%以内 H级电容:精度在±3%以内 J级电容:精度在±5%以内 K级电容:精度在±10%以内 M级电容:精度在±20%以内 实际电容量并非总是标称值,会随着施加的电压不同,温度的变化而有所变化。随时间老化,电容值也会变小。 工作电压 (Rated Voltage) 指持续施加的电压。除工作电压外,有的手册还会标出耐压值,就是在一个持续时间比较短的脉冲电压下,也不会导致电容的损坏。比如电容工作电压是10V,一个持续几秒的20V电压可能也不会导致电容损坏。 工作温度,存储温度 要考虑容量在全温度范围内的变化量。 不同的组织有不同的分类方法,一般可以通过以下标识分辨电容的温度特性好坏: C0G(NP0) 温度特性非常好,电容量基本不随温度变化。 X7R,工作温度-55℃~125℃,±15%精度。 X5R,工作温度-55℃~85℃,±15%精度。 Y5V,工作温度-30℃~85℃,-82%+22%精度。 Z5U,工作温度+10℃~85℃,-56%+22%精度。 等效串联电阻ESR 理想电容不会损耗能量,但电容的绝缘介质是有损耗的,电极电阻也不可能是0,所以像串联了一个小电阻。这个等效串联电阻是毫欧级别,随工作频率会有波动。 漏电流Leakage Current 理想电容两极间不应有电流流过,但实际电容电极之间的介质,并非是绝对绝缘的。漏电流跟电容的类型,工作电压关系较大,一般耐压越高的电容,漏电流越大。电容漏电流在微安到几个毫安级别。 品质因数 作为储能元件,我们希望电容储存电量的能力大,本身损耗电量小。品质因数Q值,为这两者的比值,高频电路中我们尤其希望选用高Q值的电容。 工作寿命 电容值会随着使用时间变小。超范围的工作电压,温度,震动等会影响电容寿命,甚至失效。
不能把电容当作理想元件 现实中的电容由于引线,介质的非理想性,在一个电容器件中存在电感特性,电阻特性,而且有一定损耗。对于一个特定的电容,当频率低于某个值时元件呈容性,当频率高于此频率时原件呈感性。这个频率为此电容的自谐振频率。 当我们用一个0.1uF 和一个0.01uF 的电容并联时,可以拓宽了滤波频率范围。 (此图片使用Simsurfing 工具生成) 温度冲击和机械冲击 要考虑所选电容是否能经受温度骤变,剧烈震动。电解电容,特别是使用电解液的电容,摆放应远离发热元件。电容封装越大,越容易因机械应力而失效,摆放位置应考虑避免应力损伤。 选取适当工作电压 电解电容一般有正负极,不要接反了。当然无极性电解电容不分极性。工作电压应留有一定裕量,但对于电解电容,如果工作电压远小于额定电压,也容易导致电容老化,缩短寿命。 多个小电容并联替代大电容 用多个小电容并联,可以得到等效大容量,同时ESR将大为降低,可以降低成本。 漏电流 在低功耗等应用中,应选取漏电流小的电容。 啸叫 有的电容介质具有压电效应,在工作时与电路板共振可能产生啸叫。静音设备应该避免。 最后,也最重要的是:像其它元件一样,完全相信手册,不如没有手册。手册指标相同的两种电容,在实际使用中可能是天差地别!DDDD |
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