無(wú)源濾波元器件-電容知識(shí)介紹

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1、無(wú)源濾波元器件－電容的介紹和深入認(rèn)識(shí)無(wú)源濾波元器件－電容的介紹和深入認(rèn)識(shí)無(wú)源濾波元器件－電容的介紹和深入認(rèn)識(shí)關(guān)鍵詞：鉭電容、鋁電容、陶瓷電容、濾波、ESR、ESL、可靠性摘要：無(wú)源濾波元器件中，電容是一個(gè)很重要的基本元器件，但應(yīng)用中由于對(duì)電容的認(rèn)識(shí)不深，存在一些不正確的使用而造成問(wèn)題。本文主要針對(duì)我司常用的三類電容（鋁電容、鉭電容和陶瓷電容），從電容結(jié)構(gòu)、制造工藝入手，結(jié)合濾波模型關(guān)注的參數(shù)性能進(jìn)行深入的剖析，最后引出如何正確可靠應(yīng)用電容。結(jié)構(gòu)上采取每類電容一大章，每一章三小節(jié)分析：第一小節(jié)簡(jiǎn)單介紹電容的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)加工工藝流程；第二小節(jié)為電容主要性能參數(shù)的變化特點(diǎn)，涉及到如何應(yīng)用等

2、方面；第三小節(jié)介紹電容使用中的物理可靠性問(wèn)題需要關(guān)注的地方。同時(shí)附錄還對(duì)三類電容在參數(shù)、特性及應(yīng)用上做了深入的比較?？s略語(yǔ)清單：縮略語(yǔ)英文全名中文解釋SSNSimultaneousSwitchingNoise同步開關(guān)噪聲MLCCMultipleLayerCeramicCapacitor疊層陶瓷片狀電容DFDissipationFactor損耗因子ESREquivalentSeriesResistor等效串聯(lián)電阻第46頁(yè),共46頁(yè)無(wú)源濾波元器件－電容的介紹和深入認(rèn)識(shí)前言：對(duì)于器件自身產(chǎn)生的SSN噪聲（同步開關(guān)噪聲），主要是利用電容的對(duì)交流信號(hào)呈現(xiàn)低阻的特性來(lái)”濾除”的（噪聲是不能被濾

3、除掉的，只是被低阻導(dǎo)至地平面，使電源和地平面處于同一電位），即根據(jù)目標(biāo)阻抗的概念，通過(guò)在電源兩端并聯(lián)各種規(guī)格的電容，從而實(shí)現(xiàn)在器件端往電源兩端看，電源內(nèi)阻在要求頻段范圍內(nèi)低于目標(biāo)阻抗[32]；而要濾除電源自身（如開關(guān)電源噪聲）或外界耦合過(guò)來(lái)的噪聲，單純的電容低阻濾波并不能很好的達(dá)到目的（因?yàn)閱渭兊牟⒙?lián)電容只是一個(gè)簡(jiǎn)單的單極點(diǎn)濾波器）[18]，這時(shí)就要考慮其他手段，如串上電感或磁珠等對(duì)噪音呈現(xiàn)阻擋特性的器件，如PI濾波、EMI濾波電路，或使用有源濾波電路（如運(yùn)放或后級(jí)線性電壓調(diào)整器電路）等。不管采用什么樣的實(shí)現(xiàn)手段，電容作為一個(gè)基本元素，只有對(duì)它的阻抗頻率特性有深入的了解認(rèn)識(shí)，才是設(shè)

4、計(jì)好電源濾波電路的第一步。限于篇幅，本文介紹的電容主要基于目前公司已有編碼、單板電源電路應(yīng)用較多的器件：電解電容（插裝液態(tài)鋁箔電解電容/貼片固體鉭電解電容）、陶瓷電容（MLCC）。對(duì)于其他電容如薄膜電容或其它結(jié)構(gòu)的電容，如插裝鉭電解電容等，則不作介紹，在描述上，為了方便起見，除非特別指明，鋁電容指我司的通用插裝鋁箔電解電容；鉭電容指常規(guī)貼片固體鉭電解電容；陶瓷電容指疊層陶瓷片狀電容(MLCC)。1鋁電解電容除了少數(shù)的固體鋁電解電容外，通常所說(shuō)的鋁電容是在高純鋁箔經(jīng)過(guò)電化學(xué)擴(kuò)面刻蝕和陽(yáng)極氧化形成電介質(zhì)絕緣層后制成的液體電解質(zhì)電容器，其絕緣介質(zhì)厚度為幾百埃到幾千埃（埃-m），是目前大量

5、應(yīng)用電容中容量和工作電壓做得最高的極性電容器。一般認(rèn)為鋁電容的可靠性不高第46頁(yè),共46頁(yè)無(wú)源濾波元器件－電容的介紹和深入認(rèn)識(shí)，如低溫性能不好、ESR較大、不適合于中高頻場(chǎng)合、容易干涸造成使用壽命有限、難以片狀化、插裝引腳積累灰塵帶靜電并造成短路等等，但隨著工藝水平的提高，在某些特定應(yīng)用場(chǎng)合下，使用鋁電解電容在性能上可以滿足要求，而且成本和可靠性方面上還要優(yōu)于其它電容，如在承受大的上電沖擊電流的低阻抗電路中，鋁電容比鉭電容要可靠。下面分3個(gè)小節(jié)介紹：第一小節(jié)簡(jiǎn)單介紹鋁電容的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)加工工藝流程；第二小節(jié)為鋁電容主要性能參數(shù)的變化特點(diǎn)，涉及到如何應(yīng)用等方面；第三小節(jié)介紹鋁電容使用中

6、的物理可靠性問(wèn)題需要關(guān)注的地方。這里的鋁電容指的是通用插裝鋁箔液態(tài)電解電容，關(guān)于濾波性能更為優(yōu)越的貼片固體鋁電解電容應(yīng)用建議，請(qǐng)參考《貼片鋁電容替代鉭電容可行性分析報(bào)告》。1.1鋁電解電容的結(jié)構(gòu)和主要加工環(huán)節(jié)通常所指的鋁電容都是指由一個(gè)鋁箔卷繞結(jié)構(gòu)的芯子，浸漬了液態(tài)電解質(zhì)（注意區(qū)分電介質(zhì)和電解質(zhì)），引出兩個(gè)端極并包封在密封金屬外殼里。從外觀上看，芯子與紙介電容器的芯子類似，但其結(jié)構(gòu)不同，它由一個(gè)陽(yáng)極箔，浸透電解質(zhì)的分隔紙和陰極箔層疊卷成，箔通常是高純度的鋁箔，為了增加與電解質(zhì)接觸的表面積，在光滑的鋁箔表面上用腐蝕方法刻蝕了許多微小的條狀溝道。表面看來(lái)容量似乎是由兩個(gè)箔極之間決定的，

7、實(shí)際上容量是由陽(yáng)極箔與電解質(zhì)之間來(lái)決定的，正極平面層是陽(yáng)極箔；電介質(zhì)是陽(yáng)極箔表面上絕緣的鋁氧化膜；真正的負(fù)極平面應(yīng)是導(dǎo)電的液態(tài)電解質(zhì)，而陰極箔僅僅是起到連接電解質(zhì)和端頭引線的作用。圖1-1為一個(gè)鋁電容的典型結(jié)構(gòu)圖：第46頁(yè),共46頁(yè)無(wú)源濾波元器件－電容的介紹和深入認(rèn)識(shí)圖1-1：鋁電容的典型結(jié)構(gòu)圖下面簡(jiǎn)單介紹一下鋁電容生產(chǎn)的主要加工環(huán)節(jié)：a）刻蝕陽(yáng)極和陰極箔通常為高純度的薄鋁箔（0.02～0.1mm厚），為了增加容量，需要增大箔的有效表面積，利用腐蝕的辦法對(duì)與電解質(zhì)接觸