MLCC设计选型
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铝电解电容选型指导书(1)AL电解电容的结构与⽣产⼯艺介绍铝电解电容器的卷绕结构及简图如下所⽰:电解电容包含两个导电电极,中间有绝缘层隔开。
⼀个电极(阳极)由扩⼤了表⾯积的铝箔形成。
铝氧化层(AL2O3)在其表⾯形成绝缘层。
与其它电容相⽐,铝电解电容的负极(阴极)是导电液体,称作电解液。
另外⼀个铝箔,是所谓的阴极箔,其有更⼤的表⾯积,以传递电流到电解液。
电容的阳极是极纯的铝箔,其有效表⾯被极⼤地增⼤(⽐例可以到200倍),增⼤⽅式是⼀个电化学腐蚀过程,这样可以使电容到最⼤容量。
化学腐蚀的⽅式以及程度过程不同,决定于其不同要求。
铝电解电容器的主要⽣产原材料为:阳极箔、阴极箔、电解纸、电解液、导箔、胶带、盖板、铝壳、套管、垫⽚等,其⽣产⼯序主要有:切割、卷绕、含浸、装配、⽼化、封⼝、印刷、套管、测量、包装、检验等,以下为其主要⽣产⼯艺图:(2)铝电解电容器的主要电学性能参数1.额定电压VR:是设计电容时设计的⽽且表⽰在电容上的直流电压。
对于铝电解电容,额定电压≤100 V通常叫做低压电容,⽽额定电压>100 V称作(中)⾼压电容,常⽤的额定电压有6.3V,10V,16V,25V,50V,63V,100V,250V,400V,450V,500V,630V等。
2.⼯作电压VOP:电容可以在额定电压(包含⼀些叠加的成分)下额定⼯作范围内连续⼯作。
允许的连续⼯作电压范围为0V到额定电压之间。
在很短时间内,因阴极铝箔上有⼀层空⽓氧化层,电容可以承受不超过1.5 V 的反向电压。
3.浪涌电压VS:是短时间内可以加在电容上的最⼤电压,⽐如⼀⼩时内5次,每次⼀分钟。
IEC60384-4定义浪涌电压如下:如果 VR ≤ 315 V,VS= 1.15VR,如果VR> 315 V,VS= 1.10VR。
4.额定容量CR:是电容设计和标⽰的交流电容值。
CR是由(IEC 60384-1 and IEC60384-4)规定的特殊标准来测得的,对于电解电容⼀般测试条件为2倍⼯频(100HZ或120HZ),室温。
众所周知,MLCC-英文全称multi-layer ceramic capacitor,就是我们常说的片式多层陶瓷电容器,其以工作温度范围宽,耐高压,微小型化,片式化适合自动化贴装等优点,广泛应用于工业,医疗,通信,航空航天,军工等领域,在电子产品日益小型化及多功能化的趋势下,MLCC成为电容器产业的主流产品。
目前全球主要MLCC厂家主要分布于日本,欧美,韩国和台湾,其中日本企业包括村田,TDK,太阳诱电和日本京瓷等。
欧美主要由Syfer Novacap johson等,韩国三星、台湾国巨及华新科技近年来不断扩大生产规模,也是全球主要的 MLCC 生产商。
而国内的厂家则主要有风华高科,深圳宇阳,潮州三环等。
日本,韩国等地的部分MLCC厂家也在国内成立了独资或合资企业如,厦门- TDK 、天津-三星、上海-京瓷、苏州-国巨、Syfer、无锡-村田等。
鉴于MLCC应用领域越来越广泛,生产厂家及产品系列的越发多样性.其可靠性,选型及应用的问题受到设计工程师及生产工艺人员的重视,因此对MLCC电气特性和生产工艺的深刻认识,是正确选用MLCC的必要条件.多层陶瓷电容器的基本结构如图所示,电容量由公式C=NKA/T计算出(N为层数,K为介电常数,A为正对面积,T是两极板间距),从理论上来讲电极层数越多,介质常数和相对电极覆盖面积越大,电极间距越小,所制作出的电容容量则越大,然而, MLCC的工艺限制及介质的非理想特性决定了电容在容量,体积,耐压强度间的相互制约关系.这里稍微简单介绍下电容量的国际标称法,尽管各个厂家所生产的电容型号不一,但是在容量的表示方法上越来越多厂商使用国际标称法,即用三位数来表示电容量,前两位前二位数为有效值,第三位数为“0”的个数单位为pF,如1μF=1000nF=1000000pF 简化表示为105而小于10pF容值表示在在整数后加“R或P”如:4.7pF=4R7或4p7.陶瓷介质作为MLCC组成部分之一,对电容的相关参数有着重要影响,国际上一般以陶瓷介质的温度系数作为主要分类依据.1类陶瓷,EIA称之为C0G或NP0. 工作温度范围-55~+125℃,容量变化不超过±30ppm/ ℃.电容温度变化时,容值很稳定. 二类陶瓷则包括了我们常见的X7R,Z5U,Y5V,这些标称的依据是根据右图的表格所制定的,如X7R表示温度下限为-55℃;上限温度为+125℃,在工作温度范围内,容量最大变化为+-15%.右下图显示了不同介质的温度特性曲线。
电子知识MLCC的选型过程中:首先MLCC参数要满足电路要求,其次就是参数与介质是否能让系统工作在最佳状态;再次,来料MLCC是否存在不良品,可靠性如何;最后,价格是否有优势,供应商配合是否及时。
许多设计工程师不重视无源元件,以为仅靠理论计算出参数就行,其实,MLCC的选型是个复杂的过程,并不是简单的满足参数就可以的。
选型要素参数:电容值、容差、耐压、使用温度、尺寸材质直流偏置效应失效价格与供货不同介质性能决定了MLCC不同的应用C0G电容器具有高温度补偿特性,适合作旁路电容和耦合电容X7R电容器是温度稳定型陶瓷电容器,适合要求不高的工业应用Z5U电容器特点是小尺寸和低成本,尤其适合应用于去耦电路Y5V电容器温度特性最差,但容量大,可取代低容铝电解电容MLCC常用的有C0G(NP0)、X7R、Z5U、Y5V等不同的介质规格,不同的规格有不同的特点和用途。
C0G、X7R、Z5U和Y5V的主要区别是它们的填充介质不同。
在相同的体积下由于填充介质不同所组成的电容器的容量就不同,随之带来的电容器的介质损耗、容量稳定性等也就不同,所以在使用电容器时应根据电容器在电路中作用不同来选用不同的电容器。
C0G(NP0)电容器C0G是一种最常用的具有温度补偿特性的MLCC。
它的填充介质是由铷、钐和一些其它稀有氧化物组成的。
C0G电容量和介质损耗最稳定,使用温度范围也最宽,在温度从-55℃到+125℃时容量变化为0±30ppm/℃,电容量随频率的变化小于±0.3ΔC。
C0G电容的漂移或滞后小于±0.05%,相对大于±2%的薄膜电容来说是可以忽略不计的。
其典型的容量相对使用寿命的变化小于±0.1%。
C0G电容器随封装形式不同其电容量和介质损耗随频率变化的特性也不同,大封装尺寸的要比小封装尺寸的频率特性好。
MLCC贴片电容如何选型MLCC贴片电容(片状多层陶瓷电容)如今现已成为了电子电路最常用的元件之一。
MLCC外表看来,十分简略,可是,许多情况下,描绘工程师对MLCC贴片电容的知道却有缺乏的当地。
以下谈谈MLCC挑选上的一些难题和注重事项。
MLCC贴片电容尽管是比较简略的,可是,也是失功率相对较高的一种器材。
失功率高,一方面是MLCC 布局固有的牢靠性难题,别的还有选型难题以及运用难题。
因为电容算是“简略”的器材,所以有的描绘工程师因为不行注重,从而对MLCC的独有特性不知道。
在理想化的情况下,电容选型时,首要思考容量及耐压两个参数就够了。
可是关于MLCC,只是思考这两个参数是远远不行的。
运用MLCC,不能不知道MLCC贴片电容的不一样原料和这些原料对应的功能。
MLCC的原料有许多种,每种原料都有本身的共同功能特色。
不知道这些,所选用的电容就很有能够满意不了电路需求。
举例来说,MLCC常见的有C0G(也称NP0)原料,X7R原料,Y5V原料。
C0G的作业温度规模和温度系数最棒,在-55°C 至+125°C的作业温度规模内时温度系数为0 ±30ppm/°C。
X7R次之,在-55°C至+125°C的作业温度规模内时容量改变为±15%。
Y5V的作业温度仅为-30°C至+85°C,在这个作业温度规模内时其容量改变可达-22%至+82%。
当然,C0G、X7R、Y5V的本钱也是顺次减低的。
在选型时,若是对作业温度和温度系数需求很低,能够思考用Y5V的,可是通常情况下要用X7R的,需求更高时有必要挑选COG的。
通常情况下,MLCC 厂家都描绘成使X7R、Y5V原料的电容在常温邻近的容量最大,可是跟着温度上升或降低,其容量都会降低。
只是知道上面常识的还不行。
因为C0G、X7R、Y5V的介质的介电常数是顺次削减的,所以,相同的尺度和耐压下,能够做出来的最大容量也是顺次削减的。
MLCC 四个主要电气特性分析
多层陶瓷电容MLCC,作为主要的滤波元件,从选型上讲,通常只需关
注尺寸,容值,耐压,温度特性及精度等规格。
但是具体到产品的实际电路应用,我们需要对比不同型号下的电气特性参数,以下作进一步说明。
一、容值,绝缘阻抗I.R.及损耗因素D.F.
村田的陶瓷电容小到pF 级,大到几百uF 级,大容值滤低频,多用于电
源线上的去耦电路,减少电路纹波;小容值滤高频,多用于射频端匹配电路上。
理想电容的绝缘阻抗无限大,但是实际上电容存在寄生参数,故实际的绝缘阻抗有限,一般在兆欧级别,具体参见对应型号的规格书。
损耗因素(损耗角正切)=有功功率/无功功率=漏电流/充电电流=1/Q(品
质因素)D.F.=2*π*f*C*R(R 为等效串联电阻)。