2024年3月21日发(作者：)
知识讲座 ｄｏｉ：１０。３９６９￣．ｉｓｓｎ ｌ５６３—４７９５．２０１ １．０６．Ｏ１６ 【编者按】电力电子元件是“无源”元件的总称，是构成电力电子设备的重要组成部分，是从事电 力电子元件设计、研发、生产、营销和应用人员以及电源技术工作者应该熟悉的内容。＆－ｒ＇ｌ从今 年４月份开始以“电力电子元件知识”为题与前述“电力电子器件知识”同时开展讲座，以满足广 ＿大读者增长知识和用好这些元件的需求。欢迎厂家及用户的工程师们撰稿，并望提出宝贵意见。 ｌ ｌＩ。譬 一÷ ｌ｜ ｌ ｌｌ一｜００鬟ｌ０ 。 。 曩｜露 毒叠０囊 囊ｊ＿ ０ ｌ蠢≯ ｜００— §｜＿ 。ｇ褥。壤｜０ 一 甏 新型电容器 山东临沂电子研究所 毛兴武（供稿） 本 刊 编 辑 部 张乃国（改编） ｌ电容器概述 电容器是一种存储电荷的元件，它与电阻器 和电感器一起，被称为用量最多的三大无源元件。 １．２ 电容器的主要参数及其表示方法 ｆ１１标称电容量及其表示方法 电容器的电容量标称值通常分为Ｅ６、Ｅｌ２和 Ｅ２４系列，见表１。 被广泛应用在滤波、储能、耦合、退耦、旁路、 谐振、移相、采样保持及积分等电路中。 １．１ 电容器的种类 电容量的单位有法（Ｆ）、微法（ Ｆ）、纳法 （ｎＦ）和皮法（ｐＦ）等，它们之间的换算关系是： １Ｆ＝ＩＯ Ｆ，１ｉｘＦ＝ｌＯ ｎＦ，ｌｎＦ＝ｌＯ ｐＦ。通常超级电容 电容器的种类很多，并且有多种分类方法。 ｆ１１按介质材料分类。电容器可分为空气介 质、云母、纸介、有机膜（聚酯膜、聚丙烯膜、 聚碳酸酯膜、聚四氟乙烯膜等）、陶瓷介质、电解 质（铝电解质、钽电解质）、铁电体和超级（双电 层）电容器等若干种。 ｆ２１２按用途分类。电容器有高频型、低频型、 高压型、中高压型、低压型、一般温度型（８５ ）、 高温型ｆ１Ｏ５℃１、滤波型、耦合型和调谐型等。 ｆ３１按封装形式分类。电容器有表面贴装式和 器的标称电容值单位为“Ｆ”，小瓷片电容的标称 电容量单位使用“ｐＦ”，铝电解电容器的标称电容 量用“ Ｆ”作单位。 电容器容量标志的表示方法有： 电解电容器和超级电容器的电容量比较大， 采用 Ｆ和Ｆ作单位，通常在数码后面跟随 Ｆ（或 ）和Ｆ，如２２１ｘＦ（或２２１ｘ）、３３００１ｘＦ（或３３００ｔｘ） 等。中小容量电容器的电容量常用ｎＦ或 Ｆ作单位， ｎＦ为单位时在数码后￣Ｊ［１ｎ表示容量，以 Ｆ为单位时 多在数码后不再标志 Ｆ，如ｌＯＯｎ（表示ｌＯＯｎＦ或 插装式，外形有圆柱形、圆片形、长方形、管形、 方块形、叠片形和异形等。 ｆ４）按电容量“是否可变”分类。电容器有容 量固定型、可变型和微调型等。 收稿日期：２０１１—０３—０６ ０．１ ＩｘＦ）、４ｎ７（表示４．７ｎＦ）、０．Ｏ１（表示０．Ｏ１ Ｆ）。 用数码表示时，一般为３位数码，前两位数字 为有效数字，第三位数为倍乘数，即有效数字后 面“０”的个数，单位是ｐＦ，如１０１表￣ｌＯＯｐＦ，６８３ 表￣６８０００ｐＦ ｆ６８ｎＦ）。
知识讲座》》》 表１ Ｅ６、Ｅｌ２和Ｅ２４系列电容量优选值 系列 Ｅ６ Ｅ１２ １．０，１．５，２．２，３．３，４．７，６．８ １．０，１．２，１．５，１．８，２．２，２．７，３．３，３．９，４．７，５．６，６．８，８．２ 优选值 Ｅ２４ １．０，１．１，１．２，１．３，１．５，１．６，１．８，２．０，２．２，２．４，２．７，３．０，３．３，３．６，３．９，４．３，４．７，５．１，５．６，６．２， ６．８，７．５，８．２，９．１ ｆ２１额定工作电压及其表示方法 电容器的额定工作电压除了在电容器外壳上 直接标志外，还常用一个数字和字母来表示，字 符含义见表２。字符前面的数：０代表１０。（即１）；１ 代表１０ （即ｌＯ）；２代表ｌ０ （即１００）。例如：１Ｃ代 表耐压为１６Ｖ．２Ｇ代表耐压为４００Ｖ。 电容器的主要额定电压有：６．３，１Ｏ，１６， ２５，３２，５０，６３，１００．１６０，２５０，４００，４５０，５００， 电容。在体积相同的电容器中，比电容越大的电 容器电容量越大，反之则越小。 电容器除具有上述参数之外．还有额定工作 频率、介电常数、自愈性、工作温度、温度系数、 绝缘电阻等参数。表３列出了部分电容器的主要性 能，以供了解和选择电容器时参考。 １．３ 电容器的命名方法 ６３０，１０００，１６００，２０００，２５００，３０００Ｖ等。 不同国家对电容器的型号命名方法不同。国 产电容器的型号一般由四部分组成：第一名分用 在电源输入电磁干扰ｆ ＥＭＩ）滤波器中，ＧＢ代 表电容器Ｘ２的耐电压为２５０Ｖ ＡＣ，ＧＣ代表电容器 Ｘ１、Ｘ２的耐电压为２５０Ｖ ＡＣ，ＧＤ代表电容器Ｙ３的耐 电压为２５０Ｖ ＡＣ。 字母Ｃ表示电容器；第二部分用字母表示介质种类 （见表４）；第三部分用字母或数字表示分类；第四 部分用数字表示产品序号。 （３）漏电流 ２片式电容器 ２．１ 片式多层陶瓷电容器（ＭＬＣＣ） 铝电解电容器的漏电流相对较大，若其标称 容量为Ｃ（ Ｆ），额定电压为 （Ｖ），在２５℃下加额 定电压５ｒａｉｎ后，当ＣＵ≤１０００（ Ａ）时，要求漏电 片式多层陶瓷电容器（ＭＬＣＣ）￣内、外电极和多 层陶瓷片叠加并联形成的陶瓷体组成．如图１所示。 ＭＬＣＣ封装形式与贴片式电阻器相同，为标准尺寸。 陶瓷体 流 ≤０．０３ＣＵ（ Ａ）＋１５ｔｘＡ；当ＣＵ＞１０００（ Ａ） 时，则要求 ≤３、／ｃ （ Ａ）。例如，对于一个 ４７１ｘＡ、４５０Ｖ的电容器，由于ＣＵ＝４７￣４５０＝２１ １５０＞ １０００，要求 ≤３×、／４７×４５Ｏ－￣４３６．２９（ｔｘＡ）。 （４１损耗角正切值ｔａｎｇ ｔａｎｇ值的定义是：在规定频率的正弦交流电压 下，电容器损耗的（有功）功率与无功功率的比 值。ｔａｎ８越小，电容器损耗就越小，效率就越高。 要想ｔａｎ８值小，必须使电容器的等效串联电阻 （ＥＳＲ１足够小。对于高频瓷介电容器，一般要求 ｔａｎ８≤０．０４％：对于一般铝电解电容器（￣ＩＩＣＤ１１Ｇ 系列），则要求ｔａｎ８＜￣０．０７％。 （５１比电容 图１ ＭＬＣＣ的剖面结构 在各类电容器中，陶瓷电容器的用量最大；在 各类片式电容器中，ＭＬＣＣ的需求量和生产量占居 首位。一部手机中就搭载了多达２００～３００个ＭＬＣＣ。 ２．２片式塑封交流瓷介电容器 电容器的容量与体积之比，称为电容器的比 片式交流瓷介电容器以单层陶瓷为介质，烧渗 表２字符所代表的电容器耐电压值 字符 耐电压（Ｖ） Ａ １．Ｏ Ｂ １．２５ Ｃ １．６ Ｄ ２．０ Ｅ ２．５ Ｆ ３．１５ Ｇ ４．０ Ｈ ５．０ Ｊ ６－３ Ｋ ８．０
７；１１易 易垆 ！ 表３部分电容器的主要特性 、＼ 类别 金属 化纸 中 中 高频 陶瓷 很小 很小 涤纶 独石 玻璃釉 云母 聚苯 乙烯 金属化 铝电解 聚丙烯 由 ／１、 钽电解 电参 、＼、、 标称容量 允许误差 中 由 大 中 出 ／Ｊ、 ／ｂ 中 中 很大 较大 人 额定工作电压 Ｔ作温度范围 稳定性 中 窄 差 中 宽 好 由 窄 低 窄 差 由 较宽 口］ 同 宽 好 高 窄 中 同 宽 好 低 窄 低 见 好 正切损耗值 绝缘电阻（Ｍｎ） 额定工作频率ｆｋＨｚ１ 自感量 自愈性 比电容 ０．００９ ０．０００４ ５００— １０００ ０．０１ ２０００－ ４０００ ０．０３ ８００－ １０００ ０．００８ ０．０００６ ０．００３ ０．０００５ ０．０８－０．１６ ０．０４－０．１ １０００－ ２０００ ３０００－ ５０００ ４０００－ ６０００ ２５００－ ５０００ ５０００～ ８０００ １０－２０ ｌ２０ 很大 尢 很小 ５０－１００ ｌ００ 很大 有 很小 ５００ 大 有 大 ２ｘ１０ 很小 无 中 ｌ０００ 较小 无 大 １２００ ，Ｊ、 ７ｔＺ 小 ８００ 较小 无 大 ５００００ ，Ｊ、 无 大 １５００ 较小 无 大 ２０００ 小 伺 （ 表４电容器介质种类表示方法 介质种类 字母 介质种类 字母 介质种类 字母 钽电解 聚苯乙烯等非极性薄膜 高频陶瓷 Ａ Ｂ Ｃ 复合介质 玻璃釉 金属化纸 Ｈ Ｉ Ｊ 漆膜 低频陶瓷 云母纸 Ｑ Ｔ Ｖ 铝电解 其他材料电解 合金电解 Ｄ Ｅ Ｇ 涤纶等极性有机薄膜 铌电解 玻璃膜 Ｌ Ｎ ０ 云母 纸介 Ｙ Ｚ 银为电极。可以扁平引线引出．采用环氧树脂模塑 外壳封装，适合于ＳＭＴ贴装。图２所示为ＣＣＦ型片式 塑封交流瓷介电容器的外形，其结构如图３所示。 ＣＣＦ型片式塑封交流瓷介电容器在２５ｑＣ、ｌ￣５Ｖ 和ｌｋＨｚ下的ｔａｎ６≤０．０２５，在～２５～８５℃范罔内的温 度系数为＋１．４ｘｌＯ一４～ｌｘｌ０３／￣Ｃ．在ＤＣ ５００Ｖ下充电 １ｍｉｎ时的绝缘电阻大于１０ Ｏ００Ｍ￣，耐电压为ＡＣ １５００Ｖ（时间１ｍｉｎ）。 ］１．５氮 田 图２ ＣＣＦ型片式塑封交流瓷介电容器的外形 饶渗银 ２＿３片式钽电解电容器 片式钽电解电容器的额定电压通常为４～５０Ｖ， 电容量为０．１～３３０￣Ｆ， 寸有３．２ｍｉｎｘ１．６ｍｍｘ１．８ｎｌｍ （代号为３２１６）、３．５ｒａｍ ｘ２．８ｍｍ ｘ２．１ｍｍ（代号为 ３５２８）、６．０ｍｍｘ３．２ｒａｍｘ２．６ｍｍ ｆ代号为６０３２）和 ７．３ｍｉｎｘ４．３ｍｍｘ３．１ｍｍ（代号为７３４３）等。超小型 大容量片式钽电容器的尺寸通常为２．０ｍｍｘ１．２５ｍｉｎｘ １．２５ｒａｍ，电容量可达１０１ｘＦ。 片式钽电解电容器主要有：模塑型片式钽电 解电容器，树脂封装无框架片式钽电解电容器． 扁平金属弓 内装熔丝的片式钽电解电容器，高可靠型片式钽 电解电容器。 图３ ＣＣＦ型片式塑封交流瓷介电容器的结构
知识讲座》》》 大容量及轻量化片式钽电解电容器。 ２．４表面安装型铝电解电容器 分子材料（聚吡咯）作为固体电解质。 ＳＰ Ｃａｐ片式高分子有机半导体铝电解电容器 ｆ以下简称ＳＰ Ｃａｐ）的尺寸为７．３ｍｍｘ４．３ｍｍｘ１．８ｍｍ， 片式铝电解电容器以阳极铝箔、阴极铝箔和 衬垫材料多圈卷绕而形成的电容器芯子为基本结 电容量为２．２（１６Ｖ时）一１２０￣Ｆ（４Ｖ时），额定电压 为４ １６Ｖ，工作温度范围为一４０—１０５ｏＣ．４７１．ｚＦ／６．３Ｖ 的产品ＥＳＲ＜５０ｍＱ（４００ｋＨｚ时），允许纹波电流为 （１００ｋＨｚ时）。 构，以小圆柱形为基础，在外部再加一个带两电 极平面的机械和电子连接部件。片式铝电解电容 器的规格很多，尺寸有￣ｂ３￣５．５（代号为Ａ）、 ４× ＳＰ ＣａｐＪｌ￣仅ＥＳＲ／Ｊ￣．允许纹波电流大，而且具 ５．５（代号为Ｂ）、６５ｘ５．５（代号为Ｃ）、 ６．３ｘ５．５（代 号为Ｄ）等。片式铝电解电容器有立式和卧式两种 结构，其中立式结构的最小尺寸一般为￣ｂ２ｘ３，卧 式结构的尺寸有７．３ｍｍｘ４．３ｒａｍｘ１．５ｍｍ和６．３ｍｍＸ ３．１ｍｍｘ３．０ｒａｍ等。图６所示为立式表面安装型铝电 解电容器的外形。 图６盘 立式表面安装型铝电容器的外形 ● ２．５片式有机薄膜电容器 片式有机薄膜电容器芯子制造不是沿用传统 单个电容器的卷绕方式，而是以平板层叠方式先 卷绕出芯子条，再按所需容量切割成电容器。片式 有机薄膜电容器具有电容量大、寄生电感量和ＥＳＲ 小及损耗低等优点，除作为耦合电容器使用外，还 在振荡电路、定时电路、延迟电路、滤波电路、积 分电路及采样／保持电路等中有着非常广泛的应用。 ２．６片式微调电容器 片式微调电容器大多以多层陶瓷为主要构件， 尺寸有３．８ｍｍｘ３．２ｍｍｘ１．５、３．０ｍｍｘ２．５ｍｍｘ１．３ｍｍ、 ２．５ｍｍｘ３．２ｍｍｘ １．２５ｒａｍ等，电容量调节范围一般为 ２－４７ｐＦ，额定电压通常为２５～５０Ｖ ＤＣ、工作温度范 围一般为一２５～８５℃．Ｑ值在１ＭＨｚ频率时大－ｆ５００。 ３新型电角电容器 ３．１ 有机固体铝电解电容器 有机半导体和高分子有机半导体固态铝电解 电容器以有机半导体（ＴＣＮＱ复合盐）或导电性高 有优异的噪声吸收能力。有机固体铝电解电容器 主要用于各种电源的滤波电路中。有机固态铝电 解电容器尤其适合用作开关电源二次侧的滤波元 件。图７所示为正激式开关电源ＤＣ／ＤＣ转换器电 路。图中， 为桥式整流器输出端上的平滑滤波电 容器，ＶＴ为作开关使用的ＭＯＳＦＥＴ，ＶＤ。、Ｒ 、Ｃ， 组成ＲＣＤ钳位电路， 和 为缓冲网络，Ｔ为高频 变压器，ＶＤ 、ＶＤ２为二次侧整流二极管， 、Ｃ２组 成ＬＣ滤波电路。 ｒＩ ２ ｃＩ ２ ＶＤ 丰 Ｉｌ＋ ｒ ’ｒ △ ＝ ｝ Ｉ ． 图７ 正激式开关电源ＤＣ，ＤＣ转换器电路 在通常情况下，电感器纹波电流ＺＸＩＬ￣输出电流 的２０％～３０％，若按２０％计算，△，Ｉ＿－，０ｘ２０％＝２Ａｘ ０．２＝０．４Ａ。输出电压纹波△【仁５０ｍＩ， ，它与Ｃ 的ＥＳＲ 有关，并且ＡＵｒ＝ＡＩＬ・ＥＳＲ。因此，要求Ｃ 的等效串联 电阻ＥＳＲ＝ＡＵ，／ＡＩ￣５ＯｍＶｐ＞／Ｏ．４Ａ＝１２５ｍ￣。通过 的 纹波电流 ｒＢＦ△，Ｉ／２、／３＝０．４Ａ／（２ｘ１．７３）－０．１ １５６Ａ。 ３．２变频器用大型铝电解电容器 在低压通用变频器的主电路控制方式中，采 用ＶＶＶＦ变频、矢量控制变频、直接转矩控制变频 方式的变频器电路结构均为交流一直流一交流拓 扑。这种电路结构均需要大容量的铝电解电容器 来平滑变频器中的ＤＣ总线电压。对这种大型铝电 解电容器的基本要求是：高压ｆ￣４００Ｖ）和大容 量，耐大纹波电流，高可靠性与长寿命，体积小 （为一般电解电容器的７０％左右）。圈 匮图诞豳圈
