電容器件選型指南
電容的選型應根據(jù)使用環(huán)境、溫度系數(shù)、頻率特性、絕緣電阻要求、額定工作電壓、使用精度要求、使用壽命、降額使用的原則進行選型。
0.1、參數(shù)選型要點說明
1.1、電容器額定工作電壓參數(shù)的選擇
電容器的額定工作電壓應高于實際工作電壓，并留有足夠余量，以防止因電壓波動而導致?lián)p壞。一般而言，應使工作電壓低于電容器的額定工作電壓的10%-20%。在某些電路中，電壓波動幅度較大，可留有更大的余量，有極性的電容器不能用于交流電路。
電容器的額定電壓一般標注在電容器外殼上，常用的固定電容工作電壓有：6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、100V、400V、500V、630V、1000V。
1.2、溫度系數(shù)參數(shù)的選擇
電容器的溫度系數(shù)越大，其容量隨溫度的變化越大，使得電路產(chǎn)生漂移，而造成電路工作的不穩(wěn)定，對于很多電路這種現(xiàn)象是不允許的，貼片電容的溫度系數(shù)如下表所示：
介質(zhì)種類 | 參考溫度點 | 標稱溫度系數(shù) | 工作溫度范圍 |
COG | 20℃ | 0±30ppm/℃ | -55℃~125℃ |
COH | 20℃ | 0±60ppm/℃ | -55℃~125℃ |
HG | 20℃ | -33±30ppm/℃ | -25℃~85℃ |
LG | 20℃ | -75±30ppm/℃ | -25℃~85℃ |
PH | 20℃ | -150±60ppm/℃ | -25℃~85℃ |
RH | 20℃ | -220±60ppm/℃ | -25℃~85℃ |
SH | 20℃ | -330±60ppm/℃ | -25℃~85℃ |
TH | 20℃ | -470±60ppm/℃ | -25℃~85℃ |
UJ | 20℃ | -750±120ppm/℃ | -25℃~85℃ |
SL | 20℃ | -1000~+140ppm/℃ | -25℃~85℃ |
X7R | 20℃ | ±15% | -55℃~125℃ |
X5R | 20℃ | ±15% | -55℃~85℃ |
Z5U | 20℃ | -56%~+22% | 10℃~85℃ |
Y5V | 20℃ | -80%~+30% | -25℃~85℃ |
1.3、絕緣電阻參數(shù)的選擇
絕緣電阻越小的電容器，其漏電流就越大，漏電流不僅損耗了電路中的電能，重要的是會導致電路工作失常或降低電路的性能。漏電流產(chǎn)生的功率損耗，會使電容器發(fā)熱，而其溫度升高，又會加劇漏電流，如此循環(huán)極易損壞電容器。對于應用條件有嚴格漏電流要求的場合，例如安規(guī)電容Y電容，應選擇絕緣電阻足夠高的電容器。
在寒冷條件下，由于氣溫很低，普通電解電容器會因電解液結(jié)冰而失效，導致設備工作失常，需要使用耐寒的電解電容器。對于周圍存在熱源的應用場景，普通電解電容的電解液很容易受高溫烘烤，降低電容濾波性能，長久使用在高溫環(huán)境會造成電容失效，應選擇固態(tài)電解電容。
1.4、誤差（精度）參數(shù)的選擇
在晶振信號的負載電容、反饋環(huán)路的電容、振蕩回路的電容、濾波器電路，對電容器的誤差精度有非常高的要求，應選用高精度的電容器來滿足電路要求,電容的誤差列表如下：
代碼 | B | C | D | F | G | J | K | M | S | Z |
誤差 | ±0.10pF | ±0.25pF | ±0.5pF | ±1% | ±2% | ±5% | ±10% | ±20% | +50%/-20% | +80%/-20% |
降額設計
降額使用可以提高可靠性，處于最差工況工作的元件，是實際壽命達不到額定壽命的重要因素，電容降額標準如下：
電容類型 | 電壓降額 | 殼溫降額 | 反向電壓降額 |
固定非固體插裝鋁電容 | 70% | Tmax-20℃ | N/A |
固定固體鋁電容 | 70% | Tmax-20℃ | 2% |
固定插裝薄膜電容 | 70% | Tmax-10℃ | N/A |
固定插裝單層陶瓷電容 | 70% | Tmax-10℃ | N/A |
固定表貼陶瓷電容 | 70% | Tmax-10℃ | N/A |
可變電容 | 70% | Tmax-10℃ | N/A |
固定固體插裝鋁電容 | 70% | Tmax-20℃ | N/A |
固定固體表貼鋁電容 | 70% | Tmax-10℃ | N/A |
固定片式薄膜電容 | 70% | Tmax-10℃ | N/A |
【降額說明】：工作電壓、最高殼溫、反向電壓這3個降額參數(shù)是互相關聯(lián)的。
1.5、封裝參數(shù)的選擇
電容封裝的選擇即可以節(jié)約PCB板面積，也可以降低電容寄生參數(shù)的影響，選擇合適的電容封裝即可以保證電氣性能，也可以保證設計可靠性。
貼片無極性電容器封裝結(jié)構(gòu)圖
貼片電容封裝尺寸規(guī)格如下表所示：
型號 Type | 尺寸Dimensions (mm) | ||||
英制表示 | 公制表示 | L | W | T | WB |
0402 | 1005 | 1.00±0.05 | 0.50±0.05 | 0.50±0.05 | 0.25±0.10 |
0603 | 1608 | 1.60±0.10 | 0.80±0.10 | 0.80±0.10 | 0.30±0.10 |
0805 | 2012 | 2.00±0.20 | 1.250±0.20 | ≤0.55 | 0.50±0.20 |
0.80±0.20 | |||||
1.00±0.20 | |||||
1.25±0.20 | |||||
1206 | 3216 | 3.20±0.30 | 1.60±0.30 | 0.80±0.20 | 0.60±0.30 |
1.00±0.20 | |||||
1.25±0.20 | |||||
1.60±0.30 | |||||
1210 | 3225 | 3.20±0.30 | 2.50±0.30 | ≤2.80 | 0.80±0.30 |
1808 | 4520 | 4.50±0.40 | 2.00±0.20 | ≤2.20 | 0.80±0.30 |
1812 | 4532 | 4.50±0.40 | 3.20±0.30 | ≤3.50 | 0.80±0.30 |
2225 | 5763 | 5.70±0.50 | 6.30±0.50 | ≤6.20 | 1.00±0.40 |
3035 | 7690 | 7.60±0.50 | 9.00±0.50 | ≤8.10 | 1.00±0.40 |
0.2、電容應用注意事項說明
2.1、電容使用環(huán)境的影響
使用環(huán)境的好壞，直接影響電容器的性能和壽命。在工作溫度較高的環(huán)境中，電容器容易產(chǎn)生漏電并加速老化。在設計時，電容器安裝位置應遠離熱源，或者改善通風散熱，必要時增加風扇或者風冷散熱。
在寒冷條件下，由于氣溫很低，普通電解電容器會因電解液結(jié)冰而失效，導致設備工作失常，需要使用耐寒的電解電容器。對于周圍存在熱源的應用場景，普通電解電容的電解液很容易受高溫烘烤，降低電容濾波性能，長久使用在高溫環(huán)境會造成電容失效，應選擇固態(tài)電解電容。
用于半導體芯片供電電源退耦、濾波電容的高頻電容，考慮到半導體芯片本身工作時的環(huán)境溫度，貼片電容的材質(zhì)選擇應慎重，優(yōu)選NPO材質(zhì)貼片電容，次選X7R、X5R，最后再考慮Y5V材質(zhì)電容。
2.2、不同材質(zhì)電容性能對比
根據(jù)電路應用，選擇合適材質(zhì)的電容，即可以滿足電氣性能，還可以降低成本。不同材質(zhì)電容對比如下表所示：
類型 | 電容量 | 額定電壓 | 主要特點 | 運用范圍 |
聚酯電容 | 40pF~4uF | 63V~630V | 小體積、大容量、耐高溫、高壓、潮濕 | 中低頻電路 |
聚笨乙烯電容 | 10pF~1uF | 100V~30KV | 穩(wěn)定好、低損耗、體積大 | 高頻電路，穩(wěn)定要求高電路 |
聚丙烯電容 | 1000pF~10uF | 63~2000V | 絕緣性好、容量大、體積小， | 要求較高電路 |
云母電容 | 10pF~0.1uF | 100V~7KV | 高穩(wěn)定性、可靠性、溫度系數(shù)小 | 耦合、旁路、調(diào)諧 |
瓷介電容 | 1pF~6800pF | 63V~500V | 高頻、損耗小、穩(wěn)定高 | 高頻電路 |
低頻瓷介電容 | 10pF~4.7uF | 50V~100V | 體積小、價格低、損耗大 | 低頻電路 |
玻璃釉電容 | 10pF~0.1uF | 6.3V~400V | 穩(wěn)定好、損耗小、耐高溫 | 脈沖、耦合、旁路 |
鋁電解電容 | 0.47uF~10000uF | 6.3V~450V | 體積小、容量大、損耗大、漏電 | 低頻電路、隔直電路 |
鉭電解電容 | 0.1uF~1000uF | 6.3V~125V | 損耗小、精度低、漏電小 | 低頻電路、家用電器 |
2.3、影響電容使用壽命的因素
影響電容使用壽命的原因很多，比如過電壓、逆電壓、高溫、急速放電等。正常使用影響電容壽命的最大因素是溫度，電容器的使用壽命隨溫度的增加而減小，主要原因是溫度加速化學反應而使介質(zhì)隨時間退化。
附錄1：額定電容的測量方法（IEC60384-1與IEC60384-4）
項目（Item） | 技術(shù)規(guī)格(Technical Specification) | 測試方法(Test Method and Remarks) | |||
容量 （Capacitance） | I類 Class I | 應符合指定的誤差級別（Should be within the specification tolerance） | 標稱容量 | 測試頻率 | 測試電壓 |
≤1000pF | 1MHz±10% | 1.0±0.2Vrms | |||
＞1000pF | 1KHz±10% | ||||
II類 Class II | 應符合指定的誤差級別（Should be within the specification tolerance） | ≤10uF | 1KHz±10% | 1.0±0.2Vrms | |
＞10uF(X7R、Y5V) | 120Hz±24Hz | 0.5±0.1Vrms | |||
＞10uF(Z5U) | 1KHz±0.1KHz | 0.5±0.05Vrms | |||
附錄2：電容器的型號命名方法
第一部分：主稱 | 第二部分：材料 | 第三部分：特征 | 第四部分：序號 | |||
符號 | 意義 | 符號 | 意義 | 符號 | 意義 | 包括 |
C | 電容 | C | 瓷介 | Y | 高壓 | 品種 尺寸 代號 標稱值 溫度特性 允許誤差 標準代號 直流電壓 |
I | 玻璃釉 | | | |||
O | 玻璃膜 | T | 鐵電 | |||
Y | 云母 | | | |||
V | 云母紙 | W | 微調(diào) | |||
Z | 紙介 | | | |||
J | 金屬化紙 | J | 金屬化 | |||
B | 聚笨乙烯 | | | |||
F | 聚四氟乙烯 | X | 小型 | |||
L | 滌淪 | | | |||
S | 聚碳酸酯 | S | 獨石 | |||
Q | 漆膜 | | | |||
H | 紙膜復合 | D | 低壓 | |||
D | 鋁電解 | | | |||
A | 鉭電解 | M | 密封 | |||
G | 金屬電解 | | | |||
N | 鈮電解 | C | 穿心 | |||
T | 鈦電解 | | | |||
附錄3：常用固定電容的標稱容量系列表
電容類別 | 允許誤差 | 容量范圍 | 標稱容量 |
紙介電容、金屬化紙介電容、紙膜復合介質(zhì)電容、有機薄膜介質(zhì)電容 | 5% | 100pF~1uF | 1.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8、 |
±10% | 1uF~100uF | 1、2、4、6、8、10、15、20 | |
±20% | 20、30、50、60、80、100 | ||
瓷介電容、玻璃釉電容、云母電容、高頻有機薄膜電容 | 5% | 1pF~1uF | 1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1 |
10% | 1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2 | ||
20% | 1.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8 | ||
鋁、鉭、鈮、鈦電解電容 | 10% | 1uF~1F | 1.0、1.5、2.2 3.3、4.7、6.8 （容量單位為uF） |
±20% | |||
50%/-20% | |||
100%/-20% |
