十话电容之工作原理及分类选择与应用（中篇）
电容的工作原理及电容的选择应用？什么是电容？电容的单位是什么？本文将详细为您解答！（上篇复习戳这里）☞话说电...
电容的工作原理及电容的选择应用？什么是电容？电容的单位是什么？本文将详细为您解答！（上篇复习戳这里）
对于电容而言，小型化和高容量是永恒不变的发展趋势。其中，要数多层陶瓷电容（MLCC）的发展最快。
多层陶瓷电容在便携产品中广泛应用极为广泛，但近年来数字产品的技术进步对其提出了新要求。例如，手机要求更高的传输速率和更高的性能；基带处理器要求高速度、低电压；LCD 模块要求低厚度（0.5mm）、大容量电容。而汽车环境的苛刻性对多层陶瓷电容更有特殊的要求：首先是耐高温，放置于其中的多层陶瓷电容必须能满足150℃的工作温度；其次是在电池电路上需要短路失效保护设计。
也就是说，小型化、高速度和高性能、耐高温条件、高可靠性已成为陶瓷电容的关键特性。陶瓷电容的容量随直流偏置电压的变化而变化。直流偏置电压降低了介电常数，因此需要从材料方面，降低介电常数对电压的依赖，优化直流偏置电压特性。
应用中较为常见的是 X7R（X5R）类多层陶瓷电容，它的容量主要集中在1000pF 以上，该类电容器主要性能指标是等效串联电阻（ESR），在高波纹电流的电源去耦、滤波及低频信号耦合电路的低功耗表现比较突出。
另一类多层陶瓷电容是 C0G 类，它的容量多在 1000pF 以下，该类电容器主要性能指标是损耗角正切值 tgδ(DF)。传统的贵金属电极（NME）的 C0G产品 DF 值范围是 (2.0 ～ 8.0) × 10-4，而技术创新型贱金属电极（BME）的C0G 产品 DF 值范围为 (1.0 ～ 2.5) × 10-4， 约是前者的 31 ～ 50%。 该类产品在载有 T/R 模块电路的 GSM、CDMA、无绳电话、蓝牙、GPS 系统中低功耗特性较为显著。较多用于各种高频电路，如振荡/同步器、定时器电路等。
通常的看法是钽电容性能比铝电容好，因为钽电容的介质为阳极氧化后生成的五氧化二钽，它的介电能力（通常用ε表示）比铝电容的三氧化二铝介质要高。因此在同样容量的情况下，钽电容的体积能比铝电容做得更小。（电解电容的电容量取决于介质的介电能力和体积，在容量一定的情况下，介电能力越高，体积就可以做得越小，反之，体积就需要做得越大）再加上钽的性质比较稳定，所以通常认为钽电容性能比铝电容好。
但这种凭阳极判断电容性能的方法已经过时了，目前决定电解电容性能的关键并不在于阳极，而在于电解质，也就是阴极。因为不同的阴极和不同的阳极可以组合成不同种类的电解电容，其性能也大不相同。采用同一种阳极的电容由于电解质的不同，性能可以差距很大，总之阳极对于电容性能的影响远远小于阴极。还有一种看法是认为钽电容比铝电容性能好，主要是由于钽加上二氧化锰阴极助威后才有明显好于铝电解液电容的表现。如果把铝电解液电容的阴极更换为二氧化锰，那么它的性能其实也能提升不少。可以肯定，ESR 是衡量一个电容特性的主要参数之一。但是，选择电容，应避免 ESR 越低越好，品质越高越好等误区。衡量一个产品，一定要全方位、多角度的去考虑，切不可把电容的作用有意无意的夸大。
普通电解电容的结构是阳极和阴极和电解质，阳极是钝化铝，阴极是纯铝，所以关键是在阳极和电解质。阳极的好坏关系着耐压电介系数等问题。一般来说，钽电解电容的ESR 要比同等容量同等耐压的铝电解电容小很多，高频性能更好。如果那个电容是用在滤波器电路（比如中心为50Hz 的带通滤波器）的话，要注意容量变化后对滤波器性能（通带...）的影响。
嵌入式设计中，要求 MCU 从耗电量很大的处理密集型工作模式进入耗电量很少的空闲/休眠模式。这些转换很容易引起线路损耗的急剧增加，增加的速率很高，达到 20A/ms 甚至更快。通常采用旁路电容来解决稳压器无法适应系统中高速器件引起的负载变化，以确保电源输出的稳定性及良好的瞬态响应。旁路电容是为本地器件提供能量的储能器件，它能使稳压器的输出均匀化，降低负载需求。就像小型可充电电池一样，旁路电容能够被充电，并向器件进行放电。为尽量减少阻抗，旁路电容要尽量靠近负载器件的供电电源管脚和地管脚。这能够很好地防止输入值过大而导致的地电位抬高和噪声。地弹是地连接处在通过大电流毛刺时的电压降。
应该明白，大容量和小容量的旁路电容都可能是必需的，有的甚至是多个陶瓷电容和钽电容。这样的组合能够解决上述负载电流或许为阶梯变化所带来的问题，而且还能提供足够的去耦以抑制电压和电流毛刺。在负载变化非常剧烈的情况下，则需要三个或更多不同容量的电容，以保证在稳压器稳压前提供足够的电流。快速的瞬态过程由高频小容量电容来抑制，中速的瞬态过程由低频大容量来抑制，剩下则交给稳压器完成了。还应记住一点，稳压器也要求电容尽量靠近电压输出端。
普遍的观点是：一个等效串联电阻（ESR）很小的相对较大容量的外部电容能很好地吸收快速转换时的峰值（纹波）电流。但是，有时这样的选择容易引起稳压器（特别是线性稳压器 LDO）的不稳定，所以必须合理选择小容量和大容量电容的容值。永远记住，稳压器就是一个放大器，放大器可能出现的各种情况它都会出现。
由于 DC/DC 转换器的响应速度相对较慢，输出去耦电容在负载阶跃的初始阶段起主导的作用，因此需要额外大容量的电容来减缓相对于 DC/DC 转换器的快速转换，同时用高频电容减缓相对于大电容的快速变换。通常，大容量电容的等效串联电阻应该选择为合适的值，以便使输出电压的峰值和毛刺在器件的Dasheet 规定之内。
高频转换中，小容量电容在 0.01µF 到0.1µF 量级就能很好满足要求。表贴陶瓷电容或者多层陶瓷电容（MLCC）具有更小的 ESR。另外，在这些容值下，它们的体积和 BOM 成本都比较合理。如果局部低频去耦不充分，则从低频向高频转换时将引起输入电压降低。电压下降过程可能持续数毫秒，时间长短主要取决于稳压器调节增益和提供较大负载电流的时间。用 ESR 大的电容并联比用 ESR 恰好那么低的单个电容当然更具成本效
益。然而,这需要你在 PCB 面积、器件数目与成本之间寻求折衷。
更多内容，请持续关注中电港微信公众号，下期会为你继续推荐关于电容的更多小知识，记得注意留意更新哦！
YAGEO（国巨）产品: 陶瓷电容 (MLCC)、芯片电阻(R-Chip)。YAGEO（国巨）现今为全球第一大芯片电阻(R-Chip) 制造商、全球第三大积层陶瓷电容 (MLCC) 供货商，在磁性材料 (ferrites) 领域则名列全球第四。
快速查找YAGEO电容攻略☞：
http://mp.weixin.qq.com/s/sdXdIsTLu_ymg5rJwXyT1A
其他推荐品牌
- 振华新云
中国振华（集团）新云电子元器件有限责任公司（国营第四三二六厂），始建于1966年，至今已有四十多年从事钽电解电容器的科研生产历史。目前国内钽电容顶尖供应商，军工品质，全系列覆盖对应国外竞争对手产品。
- 艾华集团
湖南艾华集团股份有限公司成立于1985年，是一家以设计、开发、制造及销售铝电解电容器为核心，集电极箔与设备制造于一体的科技型企业集团。电解电容国内排名第一，全球第六位。
- 日精 产品： 薄膜电容（现货样片筹备中）
- SPS集星
北京集星联合电子科技有限公司（Supreme Power Systems Co., Ltd.）是一家专注于新能源领域的革命性储能产品——超级电容的研发和商业化应用的创新兴企业。面向汽车、工业、民用领域提供高效、可靠的储能元件和系统产品，以提高电源的效率和可靠性。尤其参与并支持电动汽车、风能和太阳能等可再生能源、工业节能降耗等产业的发展，始终致力于成为高性能、高可靠、高效率和长寿命、环保的绿色储能系统的领导者。
欢迎在文章底部留言或咨询客服，企业QQ/电话：400-626-1616。
——end——
注：本文部分内容来源于网络，精心整理分享给大家点击“阅读原文”来选购你的电容样片吧！
关注 中电港
微信扫一扫关注公众号
