电容分类与应用场景

  Class 1 陶瓷电容:有温度补偿,电容值准确的电容器。在不同的电压、温度下的稳定性最佳,且其损失最少。但是其容积效率也最低。

  Class 2 陶瓷电容:其容积效率较Class 1电容要好,但其电容准确度及稳定性较差。一般的Class 2电容在−55°C至85°C的温度范围内,电容量误差值会在15%以内。

  Class I 电容有三个字的识别码,第一个字表示电容随温度的变动量,以ppm/°C来表示,第二个字是其10的乘幂,第三个字是电容随温度的变动量(以ppm/°C来表示)的最大允许误差,如下图所示。

  例如:C0G的电容,其容值不会随气温变化,误差在±30 ppm/°C之间;P3K的电容,其容值飘移量为−1500 ppm/°C,最大误差在±250 ppm/°C

  Class II 电容同样有三个字的识别码,第一个字对应工作时候的温度的下限,第二个字为数字,对应工作时候的温度的上限,第三个字对应在上述温度范围内的电容值变动,如下图所示。

  另外,中国的标准中用2X1来表示X7R,所以有的国产品牌(如火炬)它的电容命名就带有2X1,这和X7R是一个意思。

  陶瓷电容又可细分为多个子类,其中最流行的是MLCC和瓷片电容,下面分别介绍。

  MLCC,Multilayer CeCapacitor,多层陶瓷电容器,它由多层薄膜状的陶瓷片和金属电极交替叠压而成,通过烧结技术将陶瓷和电极固定在一起,形成一个整体结构。

  由于MLCC具有以上特点,因此在电子科技类产品中得到了广泛应用,如手机、平板电脑、电视机、电脑、汽车电子等领域。

  我们经常说的贴片电容大部分时候就是指的MLCC,它和贴片电阻一样,有0201、0402、0603等多种尺寸。它最常使用的介质是C0G、X7R、X5R等。

  还有一种不常用的MLCC,是直插型的MLCC,也叫直插独石电容,简称独石电容。它瓷片电容长的很像,但独石电容一般是方形的,而瓷片电容是片状圆型的,独石电容和贴片MLCC的性质基本上没有区别,最大的不同就是安装方法,然后直插式的因为引脚会更长,高频特性会更差些。

  瓷片电容,Ceramic Capacitor,它和MLCC的主要区别是MLCC是多层陶瓷电容,瓷片电容是单层的,结构不一样。它的特点包括:

  铝电解电容,Aluminum electrolytic capacitor,正极为铝箔,介质为电解液,负极为碳、铅、银等材料。铝电解电容除了包含上述电解电容的所有特点外,它最重要的特点是大容量且价格实惠公道,所以,铝电解电容应用是最广泛的。

  固态电容,Solid capacitor,全称为固态电解电容,它和铝电解电容最大的区别是介质并非液态而是固态,介质为高分子聚合物,相对铝电解电容来说,固态电容有以下优势:

  固态电容的最大缺点是价格贵。另外一个缺点是固态电容的耐电压能力较弱,一般耐电压都在250VDC以下,所以高压直流场合,还是要使用铝电解电容,而低压场合,固态电容显然更有优势。

  钽电容,Tantalum capacitor,全称钽电解电容,是一种使用钽金属作为电极材料的电容器,其组成包括钽金属电极、氧化钽薄膜电介质和导电聚合物等材料。钽电容的优点是:

  钽电容器的电容密度很高,通常能够达到几百微法/立方毫米,因此能实现比其他电容器更小尺寸的电容器。

  电容值稳定:钽金属电极与氧化钽薄膜电介质之间的结构稳定性高,因此钽电容器的电容值稳定,不容易受到温度、电压、频率等因素的影响。

  低漏电流:钽电容器的漏电流很小,通常能够达到几十微安以下,因此能在一些高精度的应用中使用。

  长使用寿命:由于钽电容器稳定性高、漏电流小,因此能具有较长的常规使用的寿命,通常能达到数十年以上。

  薄膜电容,film capacitor,薄膜电容器是以金属箔当电极,以聚丙烯(PP)、聚酯(PET),聚乙烯脂肪酸酯(PEN)、聚苯烯硫醚(PPS)等为介质制成。

  薄膜电容因介质不同特点也不相同,这里列出薄膜电容相对别的类型电容的一些共性优点:

  基于薄膜电容的特点,它通常被应用于需要高可靠性、高频滤波。交流滤波、电压水平较高的场景下。

  安规电容,safety capacitor,是指电容器失效后,不会导致电击,不危及人身安全。之所以叫安规电容,是因为这些电容通过了国际安全认证标准,如下图所示。

  安规电容适用于工作电压不超过 1000VAC,频率不超过 100Hz 的设备中。安规电容包括了X电容和Y电容。

  X电容是跨接在火线和零线(L-N)之间的电容,一般都是金属薄膜电容,容量在uF级,用于抑制差模干扰。按耐压等级分,X电容可分别X1、X2两类(X3在IEC 60384-14-2013标准以后就淘汰了)。

  Y电容是跨接在火线-地线和零线-地线(L-E,N-E)间的电容,一般都是高压瓷片电容且成对出现。基于安全漏电流的限制,Y电容值不能太大,容量在pF级或几nF级,用于抑制共模干扰。按耐压等级分,Y电容可分为Y1、Y2、Y4三类(Y3在IEC 60384-14-2013标准以后就淘汰了)。

  穿心电容,lead-through capacitor,是一种三端电容,但与普通的三端电容相比,由于它直接安装在金属面板上,因此它的接地电感更小,就没有引线电感的影响,另外,它的输入输出端被金属板隔离,消除了高频耦合,这两个特点决定了穿心电容具有接近理想电容的滤波效果,是EMI抑制的利器。

  超级电容,Super capacitor,是一种高能量密度的电容器。它是一种新型的电化学元件,具有介于传统电容器和电池之间的特性,能够在极短的时间内存储大量的电荷,能快速充放电,具有长寿命、高可靠性、高效率等优点。

  超级电容的电极材料常使用的是活性炭、金属氧化物等,电解质采用的是有机电解质或者离子液体等。超级电容的容量通常比普通电容器大几个数量级,能够存储的电荷量非常大,但是其最大的局限性是电压较低,一般在2.5V以下。因此,在实际应用中,超级电容常常与锂电池等其他存储设备配合使用,以满足高单位体积内的包含的能量和长时间供电的需求。

  超级电容应用于电子设备和系统中,具有广泛的应用前景,如储能系统、智能电网、电动汽车等。

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