薄膜电容器基本知识(customer)

2020/6/16法拉电子技术中心1薄膜电容器基础知识潘启平2020/6/16法拉电子技术中心2培训主要内容一、基本概念二、表征电容器的特性参数三、电容器的选用2020/6/16法拉电子技术中心3一、基本概念1、标称容量与允许偏差电容量的单位：F、μF、nF、pF。1F=106μF=109nF=1012pF1μF=103nF=106pF1nF=103pF三位数表示法：ABC=AB×10CpF。如:104、223符号法：4p7、3n3、15n、6μ8☆最常用的偏差等级有：J级（±5%）、K级（±10%）、M级（±20%）法拉电子技术部4一、基本概念电容器的分类按介质分类：有机介质电容器塑料薄膜、纸介、漆膜、复合介质PET、OPP、PEN、PPS、PS、PC无机介质电容器瓷介、云母、玻璃膜及玻璃釉高频瓷、铁电瓷、半导体瓷电解电容器铝电解、钽电解、铌电解液体铝电解、固体铝电解、无极性电解目前主要产品有陶瓷电容器、塑料薄膜电容器、电解电容器三大类。2020/6/16法拉电子技术中心5一、基本概念我司主要用的两种薄膜介质的对比聚丙烯膜高频损耗极低，电容量稳定性很高，负温度系数较小，绝缘电阻极高，介质吸收系数极低，自愈性好，介电强度高，吸水率低。聚酯膜工作温度范围宽，介电常数高，电容量稳定性高，正温度系数，绝缘电阻高，自愈性好,容积比高。2020/6/16法拉电子技术中心6一、基本概念薄膜电容器的分类（按用途）通用用于以直流分量为主的电路场合。如：耦合、旁路、滤波....交流与脉冲用于以交流或脉冲电压分量为主的电路场合，可以承受较大的交流或脉冲电流。如：行逆程高压、S校正、尖峰吸收....抑制电源电磁干扰用于电源电路，抑制电磁干扰，提高整机的CE特性。跨线：X1\X2\X3；接地：Y1\Y2\Y3\Y4精密用于要求电容量精确、稳定、温度系数小的场合。如：定时、振荡、积分。交流工作于交流电源。如：电机起动、功率因数补偿....2020/6/16法拉电子技术中心7一、基本概念我司电容器几种的结构（外部）封装浸渍型液体/粉末/简装设计灵活盒式塑料外壳金属外壳外观一致性好插件直通率高裸装浸树脂加套管体积小引出方式径向成型编带易插件排版密度高轴向圆柱形扁平型结构稳定节省高度空间2020/6/16法拉电子技术中心8一、基本概念电容器内部结构1、卷绕型1）有感绕法：一般采用铝箔作极板，引出线或引出片在卷绕过程中直接点焊在铝箔电极上；如：CL11、CH11、CBB11。2020/6/16法拉电子技术中心9一、基本概念电容器内部结构2）无感绕法：其极板有箔式（如CBB13)或金属化电极(如CL21、CBB21、MKP21等）等。这种结构，在卷绕后，经端面喷金或预焊后，将同一极板各匝之间短路，使电流流动的途径是沿着极板的宽度方向而不是长度方向，缩短了电流流经的路程，从而降低了电容器的电感和损耗。2、叠片型：这是一种新型的无感电容，性能优越，易于生产自动化。如：CL23B、CL25、表面安装电容器。2020/6/16法拉电子技术中心10二、电容器的特性参数1、电容量2、电容器损耗3、绝缘电阻4、耐电压5、电容器的吸收现象6、温度系数7、电容器阻抗频率特性2020/6/16法拉电子技术中心11二、电容器的特性参数1.电容量电容器的电容量就是表征电容器贮存电荷能力的参数，它在数值上等于极板上贮存的电荷量Q与极板上所加的电压U之比，即：UQC2020/6/16法拉电子技术中心12容量频率特性非极性介质的介电常数几乎与频率无关，电容器的容量频率特性好；而极性介质的介电常数随频率变化较大，其电容的容量频率特性较差。注:聚酯薄膜聚丙烯薄膜△C/C(%)-300.1110100KHZf2020/6/16法拉电子技术中心13电容器的特性参数一.电容器损耗1、定义：在电场作用下，单位时间内因发热而消耗掉的能量叫电容器的损耗。2、理想的电容器能把从电源中得到的能量，全部贮存在电容器中；而实际中的电容器，在电路中都要消耗一定的能量，即：把电容器中所贮存的一部分电能转变成热能，这部分热能一方面使电容器发热，温度升高；另一方面通过电容器表面散发到周围的环境中去。3、一般用损耗角正切值tgδ表征：P—有功功率（电容器的损耗功率）Pc—无功功率（电容器贮存的功率）。PcPtgδ2020/6/16法拉电子技术中心14电容器的损耗二.电容器损耗与外界因素的关系1.电容器损耗与频率关系Ø极性介质电容器，在低频和中频范围内电容器的损耗由介质和辅助介质决定的，一般情况下电导损耗发生在低频范围内，极化损耗发生在中频范围内。在高频范围内损耗主要是金属部分所引起。Ø非极性介质电容器，在低频时损耗主要是由介质的电导损耗决定的，在高频时的损耗是由金属部分的损耗决定的。2020/6/16法拉电子技术中心15电容器损耗2.电容器损耗与温度关系，电容器损耗的温度特性主要取决于介质的损耗曲线。140120100806040200-60-40-20020406080100OPPPETtgδ（×10-4）T(℃)2020/6/16法拉电子技术中心16电容器损耗3.电容器损耗与电压关系，一般来讲电压对损耗影响很小，但当电压足够高引起气隙电离时将致使损耗增大。4.潮湿对电容器损耗的影响，在潮湿环境中，电容器表面逐渐凝结水份使漏导电流增大，导致损耗增大。同时水份进入电容器内部还会对金属化层起氧化和腐蚀作用，致使损耗增大，为了防止这种影响，电容器必须加强防潮。2020/6/16法拉电子技术中心17绝缘电阻1.电容器的绝缘电阻U—电容器上所加的电压（V）IL—漏电流（μA）R—绝缘电阻（MΩ）电容器的时间常数在评价大容量电容器的绝缘电阻时，引入一个与电容器几何尺寸无关的参数——时间常数。τ=RC式中，τ—电容器的时间常数（MΩ．μF）或（s)；R—绝缘电阻（MΩ）；C—电容量（μF）绝缘电阻与测量时间的关系：电容器的充电电流是随时间增加而下降的，须经过相当长的时间才能达到一个稳定的数值，即漏电流。但这样测量的时间要很长，生产上是不允许的。为了统一，标准中规定测量时间为1分钟。LIUR2020/6/16法拉电子技术中心18绝缘电阻2.绝缘电阻随温度的升高而下降绝缘电阻与温度的关系基本符合介质的体积电阻与温度的关系。测试绝缘电阻一般在：20±5℃即lgR1=lgR0–β（t1-t0）R1为温度t1时的绝缘电阻值R0为温度t0时的绝缘电阻值聚酯电容器的β=0.03～0.035聚丙烯电容器的β=0.03～0.042020/6/16法拉电子技术中心19绝缘电阻T0.1T10GG020406080100T(℃)绝缘电阻随温度变化OPPPET2020/6/16法拉电子技术中心20绝缘电阻3.绝缘电阻与测量电压的关系电容器绝缘电阻与外加电压的关系主要取决于介质的绝缘电阻与电压的关系。在产品标准中规定了测试电压。2020/6/16法拉电子技术中心21绝缘电阻额定电压（V）测试电压（V）10010≥100100≥5005002020/6/16法拉电子技术中心22绝缘电阻4.绝缘电阻与湿度的关系电容器介质及辅助材料受潮后，绝缘电阻将明显下降。2020/6/16法拉电子技术中心23电容器的耐电压一.电容器的电压参数Ø额定工作电压：指电容器在一定的期限内能可靠工作的电压，额定工作电压除决定于介质外，还与电容器结构和使用的环境条件有关。频率、温度上升，耐电压下降。Ø试验电压：为保证电容器的质量，要剔除那些有明显缺陷及击穿电压低的产品，选择合适的测试电压。2020/6/16法拉电子技术中心24电容器的耐电压二.额定工作电压（UR）、试验电压（US）和击穿电压（UJ）之间的关系Ø试验电压与额定工作电压关系试验电压必须选择得当，选的过高会使原来正常的电容器受到损伤。造成隐患，降低可靠性，而选的过低又可能使一些有明显缺陷的产品不能剔除。试验电压与额定电压的关系一般如下表:US箔式金属化标准2UR1.4～1.6UR2020/6/16法拉电子技术中心25电容器的耐电压Ø击穿电压与额定工作电压击穿电压与额定电压的比值取决于设计和工艺，各厂产品的安全系数不一样。击穿电压是指产品的极限电压，属于破坏性实验。2020/6/16法拉电子技术中心26电容器的吸收现象1、所谓吸收现象，就是由于介质的缓慢极化而使电容器在充放电过程中产生的时间滞后现象。也就是要求它立即充满电，它没有充满；要求它完全释放掉电荷，它没有释放完。☆极化的定义：在外加电场的作用下，电介质内部沿电场方向出现宏观偶极矩，在电介质表面出现束缚电荷，这就是电介质的极化。2、吸收系数：☆Ka越小越好，说明电容器能越快完成充放电过程。2020/6/16法拉电子技术中心27电容器的温度特性1、类别温度范围1)定义：电容器能连续工作的环境温度范围，即类别温度范围。也就是说电容器应在某一最低环境温度（下限类别温度）和某一最高环境温度（上限类别温度）之间工作。☆上限类别温度等级有：+40℃、+55℃、+70℃、+85℃、+100℃、+125℃、+200℃、+250℃等；☆下限类别温度等级有：-10℃、-25℃、-40℃、-55℃、-65℃等。2020/6/16法拉电子技术中心282、温度特性1）电容量的温度系数αc：当温度每变化一度时，电容量的相对变化值。（1/℃）☆在实际中，通常希望知道某一温度范围内的αc，为此工程上常用下式表示：（1/℃）C1——室温t1时的电容量；C2——上限类别温度t2时的电容量☆αc一般很小，常以10-6/℃为单位，即ppm/℃☆αc有正（如：PET）、有负（如：OPP)dtdcCc*1)(12112ttCCCc2020/6/16法拉电子技术中心292)电容量的温度特性△C/C：指在类别温度范围内给定的一个温度范围所出现的电容量最大可逆变化。△C/C=（C2-C1)/C1×100%C1——室温（20℃）时的电容量C2——上限（或下限）类别温度时的电容量☆△C/C只适用容量随温度变化比较大的电容器。2020/6/16法拉电子技术中心30电容器的阻抗频率特性电容器的阻抗：在交流电路中，电容器的阻抗为：从图中可以看出，当频率增加时，容抗随频率的增加而降低，感抗随频率的增加而增加，z—f电容器的阻抗频率特性关系呈现U型特性。当f=f0时，＝r+rm，即ESR。在f0附近出现容量的假象增大。☆当f＞f0时，电容器已不具有容抗性质，而呈现感抗，这时电容器已失去作用。因此，电容器的工作频率应远比谐振频率f0低。22)1()(LCrrZmZESRf0f2020/6/16法拉电子技术中心31三、薄膜电容器的选用1.根据用途或电路原理确定电容器的类型：1.1直流回路：选用通用类薄膜电容器。低电压：盒式、高性能：CL23B、CL23/大间距浸渍型、小型化：CL21X廉价：CL11容量稳定：CBB21、CBB13、CH11高精密：CBB71、CBB72、CBB70表面安装：CLN51、CBS52中高压：体积小：CL21、CL20容量稳定：CBB21、CBB81表面安装：CLN51、2020/6/16法拉电子技术中心32三、薄膜电容器的选用1.2交流脉冲回路（S校正电路、行逆程电路、尖峰吸收回路、灯具）：选用脉冲类电容器行逆程电路：CBB81、CBB81B、CBB81AS校正电路：CBB21、CBB21B、CBB21A、CBB13电子镇流器：MKP21、MKP81、MMKP82、MMKP84节能灯：CL11、CBB11、CL21、CL23B、CL25、CBB212020/6/16法拉电子技术中心33三、薄膜电容器的选用1.3安规电容器的选用：电源跨线（抑制差模干扰）：X类X2类：CBB62（CQC）MKP61、MKP62（CQC、UL、ENEC）X1类：MKP63（CQC、UL、ENEC）电源对地（抑制共模干扰）：Y类Y2类:MKP63（CQC、UL、ENEC）2020/6/16法拉电子技术中心34三、薄膜电容器的选用1.4精密电容器的选用：我公司的精密电容器有四种型