史上最全的电容应用与选型讲解

最早的薄膜电容的介质材料是用纸浸注在油或石蜡中，英国人D'斐茨杰拉德于1876年发明的；工作电压很高。现在多用塑料材料，也就是高分子聚合物，根据其介质材料的不同，主要有以下几种：

应用最多的薄膜电容是聚酯薄膜电容，比较便宜，由于其介电常数较高，尺寸可以做的较小；其次就是聚丙烯薄膜电容。其他材料还有聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等等。

薄膜电容的特点就是可以做到大容量，高耐压；但由于工艺原因，其尺寸很难做小，通常应用于强电电路，例如电力电子行业；基本上是长这个样子：

截图于High Power Capacitors For Power Electronics - AVX

引申阅读：

• Film capacitor

• Capacitors, Part 4 "Film Capacitors [1]"

• AVX PRODUCT GUIDE FOR MEDIUM & HIGH POWER FILM CAPACITORS

2.2 电解电容(Electrolytic Capacitor)

电解电容是用金属作为阳极(Anode)，并在表面形成一层金属氧化膜作为介质；然后湿式或固态的电解质和金属作为阴极(Cathode)。电解电容大都是有极性的，如果阴极侧的金属，也有一层氧化膜，就是无极性的电解电容。

根据使用的金属的不同，目前只要有三类电解电容：

铝电解电容(Aluminum electrolytic capacitors)

铝电解电容应该是使用最广泛的电解电容，最便宜，其基本结构如下图所示：

原图出自http://www.global.tdk.com/techmag/electronics_primer/vol6.htm

铝电解电容的制作工艺大致有如下几步：

• 首先，铝箔会通过电蚀刻(Etching)的方式，形成一个非常粗糙的表面，这样增大了电极的表面积，可以增大电容量；

• 再通过化学方法将阳极氧化，形成一个氧化层，作为介质；

• 然后，在阳极铝箔和阴极铝箔之间加一层电解纸作为隔离，压合绕制；

• 最后，加注电解液，电解纸会吸收电解液，封装成型。

使用电解液的湿式铝电解电容应用最广；优点就是电容量大、额定电压高、便宜；缺点也很明显，就是寿命较短、温度特性不好、ESR和ESL较大。对于硬件开发来说，需要避免过设计，在满足性能要求的情况下，便宜就是最大的优势。

下图是基美(Kemet)的铝电解电容产品，大致可以看出铝电解电容的特点。

原图截图于KEMET网站

铝电解电容也有使用二氧化锰、导电高分子聚合物等固态材料做电解质；聚合物铝电解电容的结构大致如下图所示：

原图出自Polymer Aluminum Electrolytic Capacitors - Murata

聚合物铝电解电容的ESR较小，容值更稳定，瞬态响应好；由于是固态，抗冲击振动能力比湿式的要好；可以做出较小的SMD封装。当然，湿式的铝电解电容也可以做SMD封装，不过大都是长这样：

图片来源于百度图片

而聚合物铝电解电容的封装长这样：

图片来自Murata网站

引申阅读：

• Polymer Capacitor Basics (Part 1): What Is a Polymer Capacitor?

• Polymer Capacitor Basics (Part 2): What Is a Polymer Capacitor?

钽电解电容(Tantalum electrolytic capacitors)

钽(拼音tǎn)电解电容应用最多的应该是利用二氧化锰做固态电解质，主要长这样：

图片出自Solid Tantalum MnO2 Capacitors

固态钽电解电容内部结构大致如下图所示：

原图出自Vishay技术文档

钽电容与铝电解电容比，在于钽氧化物(五氧化二钽)的介电常数比铝氧化物(三氧化二铝)的高不少，这样相同的体积，钽电容容量要比铝电解电容的要大。钽电容寿命较长，电性能更加稳定。

钽电容也有利用导电高分子聚合物(Conductive Polymer)做电解质，结构与上图二氧化锰钽电容类似，就是将二氧化锰换成导电聚合物；导电聚合物的电导率比二氧化锰高，这样ESR就会更低。

另外还有湿式的钽电容，特点就是超大容量、高耐压、低直流漏电流，主要用于军事和航天领域。湿式的钽电容主要长这样：

截图于Vishay技术文档

引申阅读：

• Guide for Tantalum Solid Electrolyte Chip Capacitors with Polymer Cathode

• Wet Electrolyte Tantalum Capacitors

铌电解电容(Niobium electrolytic capacitors)

铌电解电容与钽电解电容类似，就是铌及其氧化物代替钽；铌氧化物(五氧化二铌)的介电常数比钽氧化物(五氧化二钽)更高；铌电容的性能更加稳定，可靠性更高。

AVX有铌电容系列产品，二氧化锰钽电容外观是黄色，而铌电容外观是橙红色，大致长这样：

图片出自AVX网站

引申阅读：

• Tantalum Polymer and Niobium OxideCapacitors

• O