《电容的基础知识》PPT课件.ppt

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1、電容基礎知識簡介電容基礎知識簡介DQA2Golden2003/11/1110/26/20221摘要電容基礎知識電容基礎知識電解電容簡介電解電容簡介MLCC簡介簡介電容在電容在MB上的應用上的應用10/26/20222電容的基礎知識定義定義:相對兩導體間存在著電氣絕緣相對兩導體間存在著電氣絕緣電氣絕緣體電氣絕緣體(介質介質)介質常數介質常數:Al Al2 2O O3 3=7-10=7-10 Ta Ta2 2O O5 5=28=28引線端子引線端子(正極正極)引線端子引線端子(負極負極)金屬導體金屬導體10/26/20223電容器種類電容器種類按結構可分為按結構可分為：固定電容固定電容、可變電容和

2、微調電容可變電容和微調電容電容器電容器紙質電容器紙質電容器雲母電容器雲母電容器塑膠電容器塑膠電容器陶瓷電容器陶瓷電容器電解電容器電解電容器鋁液體電解電容器鋁液體電解電容器鋁固體電解電容器鋁固體電解電容器鉭液體電解電容器鉭液體電解電容器鉭固體電解電容器鉭固體電解電容器導電高分子導電高分子電容器電容器OS-CAP10/26/20224各類電容器特性比較各類電容器特性比較10/26/20225電容器之應用電容器之應用電容在電路中具有隔斷直流電電容在電路中具有隔斷直流電,通過交流電的作用通過交流電的作用,因此因此常用於極間偶合常用於極間偶合、濾波濾波、旁路及信號調諧旁路及信號調諧.10/26/2022

3、6電解電容器構造及特性電解電容器構造及特性電解電容器構造電解電容器構造電解電容器電解電容器製作程序製作程序電解電容器特性電解電容器特性電解電容器壽命計算電解電容器壽命計算常用電解電容公式常用電解電容公式10/26/20227電解電容器構造電解電容器構造10/26/20228電解電容器製作程序電解電容器製作程序10/26/20229電解電容器特性電解電容器特性(1)標稱電容量標稱電容量（Nominal Capacitance）係指在測試頻率係指在測試頻率120Hz時所測得之電容量，電容量與金時所測得之電容量，電容量與金屬（鋁箔）相對面積及介質常數成正比，與兩極間距屬（鋁箔）相對面積及介質常數成正

4、比，與兩極間距離成反比。離成反比。C=A/d 電容量誤差電容量誤差（Capacitance Tolerance）K（10%）,M（20%）,V（-10+20%）額定工作電壓額定工作電壓（Rated Working Voltage）（）（WV）在最高工作溫度下，電解電容器可以承受之最高直流電壓。在最高工作溫度下，電解電容器可以承受之最高直流電壓。10/26/202210電解電容器特性電解電容器特性(2)突波電壓突波電壓（Surge Voltage）（）（SV）工作溫度範圍工作溫度範圍（Operating Temperature Range）-25+85,-40+85,-25+105,-40+10

5、5 散逸因素散逸因素（Dissipation Factor）（）（120Hz）以以DF或或tan表示之，其中表示之，其中係損失角。係損失角。電壓與電流之相位角為電壓與電流之相位角為，而，而+=90 在最高工作溫度下，電解電容器可以承受之相當瞬間在最高工作溫度下，電解電容器可以承受之相當瞬間最高峰值電壓。最高峰值電壓。10/26/202211電解電容器特性電解電容器特性(3)等效串聯電阻等效串聯電阻（Equivalent Series Resistance）（）（ESR）通電產生電容量同時伴生之最大電阻值。通電產生電容量同時伴生之最大電阻值。（電極電阻（電極電阻+電解質電阻電解質電阻+介質損失）

6、。介質損失）。ESR=DF/2f C洩漏電流洩漏電流（Leakage Current）（）（LC）電容器施加直流電壓，經規定時間後繼續流通之最大直流電容器施加直流電壓，經規定時間後繼續流通之最大直流電流。電流。I0.01CV or 3A Whichever is greater 上示公式須視不同系列產品而定。上示公式須視不同系列產品而定。10/26/202212解電容器特性解電容器特性(4)漣波電流漣波電流（Ripple Current）（）（RC）在最高工作溫度及在最高工作溫度及120Hz（or 100KHz）頻率下，電解電容器）頻率下，電解電容器可以承受之最高交流電流。可以承受之最高交流電

7、流。（溫度（溫度/頻率補正係數）頻率補正係數）Icap(rms)=IoD(1-D)/Phase低溫特性低溫特性（Low Temperature Characteristics）係指在係指在-25/-40時，與在常溫時，與在常溫20之最大阻之最大阻抗比。抗比。10/26/202213壽命計算壽命估算壽命估算(Life Expectancy)(Life Expectancy):電解電容在最高工作溫度下電解電容在最高工作溫度下，可持續動作的時間可持續動作的時間。L Lx x=L=L0 0*2*2(T(T0 0-T-Ta a)/10)/10 L Lx x=實際工作壽命實際工作壽命 L L0 0=保證壽

8、命保證壽命 T T0 0=最高工作溫度最高工作溫度(85(850 0Cor105Cor1050 0C)C)T Ta a=電容器實際工作周圍溫度電容器實際工作周圍溫度 Example:規範值規範值1050C/1000Hrs 650C壽命推估壽命推估:Lx=1000*2(105-65)/10 實際工作壽命實際工作壽命:16000Hrs10/26/202214壽命計算實際計算 L2=L1*2(T1-Ta)/10*2(Ta-T2)/KWhereL1:Guaranteed life at T1 degree CL2:Expected life at T2 degree CT1:Upper categor

9、y temperature T2:Actual operating temperature,ambient temperature+temperature rise due to ripple current heating.Ta:Ambient temperatureK=10,if ripple current is within the specification of EL Capacitor.K=5,if ripple current is out of the specification of EL Capacitor.10/26/202215壽命試驗壽命試驗高溫負荷壽命高溫負荷壽命

10、(Load Life)將電解電容器在最高工作溫度下，印加額定工作電壓，經將電解電容器在最高工作溫度下，印加額定工作電壓，經 一持續規定完成時間後，須符合下列變化：一持續規定完成時間後，須符合下列變化：cap:cap:試驗前之值的試驗前之值的20%20%以內以內 tan:初期特性規格值的初期特性規格值的200%以下以下 LC :初期特性規格值以下初期特性規格值以下高溫放置壽命高溫放置壽命(Shelf Life)將電解電容器在最高工作溫度下，經一持續規定完成時間後，須將電解電容器在最高工作溫度下，經一持續規定完成時間後，須符合下列變化：符合下列變化：cap:cap:試驗前之值的試驗前之值的20%2

11、0%以內以內 tan:初期特性規格值的初期特性規格值的200%以下以下 LC :初期特性規格值以下初期特性規格值以下10/26/202216壽命試驗壽命試驗高溫充放電試驗高溫充放電試驗(Charge/Discharge Test)將電解電容器在最高工作溫度下，印加額定工作電壓，經充電將電解電容器在最高工作溫度下，印加額定工作電壓，經充電30秒後再放電秒後再放電330秒為一秒為一cycle，如此經，如此經1,000 cycles後，須符合下列後，須符合下列變化：變化：cap:cap:試驗前之值的試驗前之值的10%10%以內以內 tan:初期特性規格值的初期特性規格值的175%以下以下 LC :初

12、期特性規格值以下初期特性規格值以下漣波負荷試驗漣波負荷試驗(Ripple Life)將電解電容器在最高工作溫度下，印加直流電壓及最大漣波電流將電解電容器在最高工作溫度下，印加直流電壓及最大漣波電流（直流電壓（直流電壓+最大漣波電壓峰值最大漣波電壓峰值=額定工作電壓），經一持續規定額定工作電壓），經一持續規定完成時間後，須符合下列變化：完成時間後，須符合下列變化：cap:cap:試驗前之值的試驗前之值的20%20%以內以內 tan:初期特性規格值的初期特性規格值的200%以下以下 LC :初期特性規格值以下初期特性規格值以下10/26/202217常用電解電容公式常用電解電容公式容抗容抗:XC=

13、1/(2fC)【】感抗感抗:XL=2fL 【】阻抗阻抗:Z=ESR2+(XL-XC)2 【】漣波電流漣波電流:IR=(AT/ESR)【mArms】功率功率:P=I2ESR 【W】諧振頻率諧振頻率:f0=1/(2LC)【Hz】10/26/202218多層陶瓷電容多層陶瓷電容介紹結構及特性製作工藝10/26/202219介紹介紹多層陶瓷電容又稱績層陶瓷電容多層陶瓷電容又稱績層陶瓷電容,英文全英文全稱為稱為 Multi-LayerCeramicCapacitor(MLCC).由陶瓷晶片和金屬混合燒烤擠壓而成由陶瓷晶片和金屬混合燒烤擠壓而成,其其容值與耐壓值均堆績層數和套磁片厚度容值與耐壓值均堆績層數

14、和套磁片厚度有關有關.一般電容的堆疊厚度最多與寬相等一般電容的堆疊厚度最多與寬相等.10/26/202220結構及結構及 特性特性10/26/202221設計原則設計原則10/26/202222結構及結構及 材料材料10/26/202223分類分類10/26/202224溫度系數符號溫度系數符號EX.:C0G=NP0 N:Negative P:Positive10/26/202225溫度特性符號Ex:X7R Y5V Z5U X:-55 Y:-30 Z:+10 7:+125 5:+85 5:+85 R:+/-15%V:+22-82%U:+22-56%10/26/202226特性曲線特性曲線10/

15、26/202227老化特性老化特性The capacitance can be regained after soldering procedure or backing treatment at 1500 0C C or 1hr10/26/202228MLCC的焊接的焊接10/26/202229製作工藝製作工藝10/26/202230電容在電容在MB上的應用上的應用主板上用的電容主板上用的電容,這里主要是指這里主要是指 那些大個的電解電容那些大個的電解電容,這這些電容的作用基本上都是濾波用的些電容的作用基本上都是濾波用的.主板上用到這些大主板上用到這些大個電容的地方主要是電源電路部分個電容的

16、地方主要是電源電路部分,還有一些電容用於還有一些電容用於穩定參考電壓穩定參考電壓,一般會和電路地相連一般會和電路地相連.由於現在的由於現在的CPU功耗非常大功耗非常大,從低負荷到滿負荷從低負荷到滿負荷,電流的電流的變化是非常大的變化是非常大的.為了保證夠在快速的負荷變化中為了保證夠在快速的負荷變化中,不會不會因為電流供應不上而歇菜因為電流供應不上而歇菜,CPUMOSFET,電感線圈和電電感線圈和電容都會影響到這一能力容都會影響到這一能力.最理想的解決方法是使用最快速的最理想的解決方法是使用最快速的MOSFET,高磁通量高磁通量粗導線的電感線圈粗導線的電感線圈,以及超低的以及超低的ESR 輸輸

17、入入 輸出電容輸出電容.10/26/202231輸入輸出電容的考量輸入輸出電容的考量輸入電容輸入電容 對於輸入電容主要考慮對於輸入電容主要考慮Ripple Current:因為輸因為輸入電容主要是耐壓和吸收入電容主要是耐壓和吸收MOSFET的開關脈沖的開關脈沖 Icap(rms)=IoD(1-D)/PhaseEX:Vin=12v;Vout=1.75v,Io=60A;3Phase D=Vout/Vin Irc=(60*0.1458*(1-0.1458)/3 我們需要三顆1500uF/16V的 EL CAP10/26/202232輸入輸出電容的考量輸入輸出電容的考量輸出電容輸出電容 對於輸出電容耐

18、壓和容量的要求可以低一些對於輸出電容耐壓和容量的要求可以低一些,而而著重著重ESR,因為輸出電容要保證足夠的電流通過因為輸出電容要保證足夠的電流通過量量.但並不是越低越好但並不是越低越好,低低ESR會引起開關電路會引起開關電路的震盪的震盪,而消震電路比較複雜而消震電路比較複雜,而且會增加很大而且會增加很大的成本的成本.V,470680uF的的EL CAP 10/26/202233電容壽命的計算電容壽命的計算公式公式：L2=L1*2(T1-Ta)/10*2(Ta-T2)/KEX：T1=1050 0C,Ta=55C,Ta=550 0C,T2=68C,T2=680 0C,C,L1=3000hr L1

19、=3000hr L2=3000*2 L2=3000*2(105-55)/10*2(55-68)/10 =38988hr =4.4 year 固態電節電容固態電節電容 L2=L1*10(T1-Ta)/10*10(Ta-T2)/K 10/26/202234電容的更換及品質電容的更換及品質ESR的電容的電容,這時通過提高電容的等級這時通過提高電容的等級,可以一可以一定程度上彌補這種缺陷定程度上彌補這種缺陷.一般情況下使用一般情況下使用16v,3300uF左右的輸入電容替左右的輸入電容替換是沒有審麼問題的換是沒有審麼問題的.主板的電容要求精度比較高主板的電容要求精度比較高,日產電容如日產電容如Ruby

20、con,Nichicon等等,精度都非常好精度都非常好,壽命也比較壽命也比較長長,而港產和臺產的就要差一些而港產和臺產的就要差一些,通常臺產通常臺產Gluxcon和和Rubycon比較比較,相同容量相同容量,大概值能達大概值能達到到80%左右左右,也就是說也就是說,把把3300uF的當的當2200uF用用就好了就好了.10/26/202235關于電容暴漿關于電容暴漿現象現象：膨脹膨脹、破裂破裂、電解液溢出電解液溢出。考慮考慮：對於發生電容爆漿這樣的事件對於發生電容爆漿這樣的事件,要從多方面考慮要從多方面考慮,開關電路是否短路開關電路是否短路,是否有開關管損壞是否有開關管損壞,輸入的電源質量輸入

21、的電源質量如何以及電容的品質及老化問題如何以及電容的品質及老化問題.原因原因：電容爆漿是由於電容發熱引起的電容爆漿是由於電容發熱引起的,發熱是由大電發熱是由大電流引起的流引起的,不正常的大電流一般是由於用電組件短路或不正常的大電流一般是由於用電組件短路或超壓導致電容級間擊竄短路超壓導致電容級間擊竄短路.一般情況下一般情況下,輸出電容不容易爆漿輸出電容不容易爆漿爆漿的大部分是輸入電容爆漿的大部分是輸入電容,這部分電容的工作電壓高達這部分電容的工作電壓高達12v,開關脈沖會達到工作電壓的的開關脈沖會達到工作電壓的的25倍倍.EX:P4 2v,輸入電容耐壓至少輸入電容耐壓至少2*22*5即即410v(6.316v)10/26/202236尾聲尾聲10/26/202237