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电容的选型

参考

各种电容特性

多层陶瓷电容

多层陶瓷电容(MLCC)不仅尺寸小,而且将低ESR、低ESL和宽工作温度范围特性融于一体,可以说是旁路电容的首选。不过,这类电容也并非完美无缺。根据电介质材料不同,电容值会随着温度、直流偏置和交流信号电压动态变化。另外,电介质材料的压电特性可将振动或机械冲击转换为交流噪声电压。大多数情况下,此类噪声往往以微伏计,但在极端情况下,机械力可以产生毫伏级噪声。

电压控制振荡器(VCO)、锁相环(PLL)、RF功率放大器(PA)和其它模拟电路都对供电轨上的噪声非常敏感。在VCO和PLL中,此类噪声表现为相位噪声;在RF PA中,表现为幅度调制;而在超声、CT扫描以及处理低电平模拟信号的其它应用中,则表现为显示伪像。尽管陶瓷电容存在上述缺陷,但由于尺寸小且成本低,因此几乎在每种电子器件中都会用到。不过,当调节器用在对噪声敏感的应用中时,设计人员必须仔细评估这些副作用。

固态钽电解电容

与陶瓷电容相比,固态钽电容对温度、偏置和振动效应的敏感度相对较低。新兴一种固态钽电容采用导电聚合物电解质,而非常见的二氧化锰电解质,其浪涌电流能力有所提高,而且无需电流限制电阻。此项技术的另一好处是ESR更低。固态钽电容的电容值可以相对于温度和偏置电压保持稳定,因此选择标准仅包括容差、工作温度范围内的降压情况以及最大ESR。

导电聚合物钽电容具有低ESR特性,成本高于陶瓷电容而且体积也略大,但对于不能忍受压电效应噪声的应用而言可能是唯一选择。不过,钽电容的漏电流要远远大于等值陶瓷电容,因此不适合一些低电流应用。

固态聚合物电解质技术的缺点是此类钽电容对无铅焊接过程中的高温更为敏感,因此制造商通常会规定电容在焊接时不得超过三个焊接周期。组装过程中若忽视此项要求,则可能导致长期稳定性问题。

铝电解电容

传统的铝电解电容往往体积较大、ESR和ESL较高、漏电流相对较高且使用寿命有限(以数千小时计)。而OS-CON电容则采用有机半导体电解质和铝箔阴极,以实现较低的ESR。这类电容虽然与固态聚合物钽电容相关,但实际上要比钽电容早10年或更久。由于不存在液态电解质逐渐变干的问题,OS-CON型电容的使用寿命要比传统的铝电解电容长。大多数电容的工作温度上限为105°C,但现在OS-CON型电容可以在最高125°C的温度范围内工作。

虽然OS-CON型电容的性能要优于传统的铝电解电容,但是与陶瓷电容或固态聚合物钽电容相比,往往体积更大且ESR更高。与固态聚合物钽电容一样,这类电容不受压电效应影响,因此适合低噪声应用。

固态电容

固态电容器的全名为固态铝质电解电容器,是目前电容器产品中最高阶的产品,固态电容的介电材料则为功能性导电高分子,能大幅提升产品的稳定度与安全性,它与液态铝质电解电容最大差别,在于所使用的介电材料,过去铝质电解电容所使用的介电材料是电解液,而固态电容则是导电性高分子材料,也因此导致成本相对较高。固态电容特点固态电容具备环保、低阻抗、高低温稳定、耐高纹波及高信赖度等优越特性,是目前电解电容产品中最高阶的产品。由于固态电容特性远优于液态铝电容,固态电容耐温达摄氏260度,且导电性、频率特性及寿命均佳,适用于低电压、高电流的应用。

LDO负载电容

影响LDO稳定工作的外在因素是负载电容容值CL和ESR,以及LDO的输出电流,他们的关系是:

  1. 容值小的CL,ESR往往较大,容值大的CL,ESR往往较小。无论哪种电容,都要保证ESR在合理的范围内,规格书往往会提供这个范围。

  2. 当LDO输出电流是额定电流的20%~50%时,容易发生不稳定状况。

  3. 低温时,CL的ESR会升高,并且容值也会发生变化。选型时要注意!

  4. 在ESR很低,LDO输出电流很小(≤1mA)时,容易发生不稳定状况。

  5. 同一温度下,LDO输出电流越小,保证LDO稳定性的ESR值越高。

  6. 同一输出电流下,温度越高,保证LDO稳定性的ESR越大。

  7. 在低输出电流时,LDO输出波形变成三角波,说明ESR过低;在中等输出电流时,如果LDO波形是正弦波,说明ESR过高。

电容技术 等效串联电阻 等效串联电感 电压稳定性 温度稳定性 振动敏感度 电容值/单位体积
铝电解电容 最高 最高 最低
固态钽电容 中等 中等 最佳
聚合物固态铝电容 最佳
多层陶瓷电容 最低 最低 中等