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选择陶瓷电容器

通过克里斯·弗朗西斯|2015年6月24日

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这可能看起来有点平凡,但选择陶瓷电容器可能会导致一些问题和混乱。陶瓷电容器在很多情况下已经取代了铝电解电容器和钽电解电容器,甚至薄膜电容器,但也存在缺陷。例如,陶瓷电容器非常低的ESR(等效串联电阻)会导致某些稳压器的不稳定性,特别是低压降的稳压器。德州仪器的TPS7350是不稳定的低ESR,所以你可能最终不得不增加一个串联电阻,以提高电容器的ESR。这是来自TPS7350数据表的图表之一,它说明了这个问题。

电容器

你可以使用固体钽电解电容器而不是陶瓷,但它们现在相当昂贵,你仍然需要小心,当你选择一个太高的ESR也会导致不稳定。如果你不能避免使用这样的调节器,那么你需要小心在你的电容器的选择,它总是一个有用的预防措施,包括一个串联电阻时,使用陶瓷电容器与低dropout调节器。

对于陶瓷电容器,您可以选择介质。它们通常被称为低、中、高K或Class 1、2或3,但现在你更有可能遇到像C0G、NP0或Y5V这样的符号。这些实际上不是对电介质的描述,而是对其特性的描述。低K或1类电容器是温度补偿电容器,尽管最常见的是NP0。这是np0, 0表示温度系数。因此,它在温度下相当稳定,通常是+/-30ppm/C。N220有220ppm/C的负温度系数,P100有100ppm/C的正温度系数,但大多数人想要一个温度稳定的电容器。1类电容器的绝对容差也相当好-下降到2%甚至1%。

当你需要一个高的值时,低相对介电常数的电容器(第一类)在物理上会变得相当大,因此较高的介电常数有助于保持尺寸和成本降低-因此第二类和第三类电容。这些可能被描述为Y5V或X7R但这些实际上是上、下温度范围和温度系数的定义。所以X7R适用于-55到+125C的操作,并且在操作温度范围内+/-15%的变化。维基百科有一个很好的描述“陶瓷电容器”。有些电容器有很差的初始容差(高达+80%/-20%,像一些电解电容器)和很差的温度稳定性。它们的主要用途是有一个大的电容,在那里你不太关心电容的“质量”,如去耦电容。它们还可能具有其他不良特性,如介电吸收和电压依赖性电容。这使得它们不适用于某些电路,如滤波器或高质量放大器,因为它们会导致失真。

介电吸收可以表现为在电容器电压被放电时的“反弹”。我也看到了它作为电压下降在电容器已被充电时,在样品中充电源被移除和保持。想象这种效果的最简单的方法是考虑由两个(或更多)通过电阻器连接的电容器组成的电容器。如果你模拟这样一个场景,你可以观察不同电路的效果。

Capacitors2

这将10uF电容模拟为一个由1k电阻连接的额外200nF。通过具有1欧姆ON电阻的开关将电容器充电到5V。当开关被打开(与一个非常高的OFF电阻)电容电压下降-红色痕迹。这是因为200nF电容还没有完全充电(蓝色痕迹),所以当充电源被移除时,两个电容通过1k电阻平衡它们的电压。请注意,这是对效果如何显示本身的模拟,而不是对电容器内部组成的描述。事实上,为了更好地模拟实际特性,更复杂的电容模型涉及多个电容和电阻。

卸料效果如下图所示。

Capacitors3

在这里,电容器被充电到5V,然后放电。放电开关由蓝色轨迹控制,当开关关闭时,电容上的电压“反弹”10mV。这是因为200nF电容器没有完全放电,所以再次,电容器平衡他们的电压。请注意,所涉及的时间可能非常长。电介质吸收的Wima测试需要等待15分钟后才能检查放电后的残余电压。

Kemet有一份有趣的文件,名为“为什么47 uF的电容会下降到37 uF、30 uF或更低”,它很好地描述了各种电容类型和介质的一些问题。

我还没有实际接触其他的电容器,如X和Y类或各种薄膜电容器,但这将不得不等待另一个时间。陶瓷电容器似乎是大多数应用中的王者,尽管这主要是因为成本和尺寸,而不是它们在某些应用中必然是“最好的”。

电力电子的技巧


了下:•专家见解,电力电子的技巧,电容器


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