史上最全的电容应用与选型讲解

是和工作温度直接相关的，规格书通常给出产品最高温度时的寿命，例如105℃时，寿命为2000小时。

根据经验规律，工作温度每下降10℃，寿命乘以2。如果产品的设计使用寿命为3年，也就是26280小时。则10*log2(26280/2000)=37.3℃，那么设计工作温度不能超过65℃。

3.2.2 聚合物铝电解电容

像Intel的CPU这样的大功耗器件，一颗芯片80多瓦的功耗，核电流几十到上百安，同时主频很高，高频成分多。这时对去耦电容的要求就很高：

• 电容值要大，满足大电流要求；

• 额定RMS电流要大，满足大电流要求；

• ESR要小，满足高频去耦要求；

• 容值稳定性要好；

• 表面帖装，高度不能太高，因为通常放置在CPU背面的BOTTOM层，以达到最好的去耦效果。

这时，选择聚合物铝电解电容最为合适。

此外，对于音频电路，通常需要用到耦合、去耦电容，由于音频的频率很低，所以需要用大电容，此时聚合物铝电解电容也很合适。

3.3 钽电容

根据前文相关资料的来源，可以发现，钽电容的主要厂商就是Kemet、AVX、Vishay。

钽属于比较稀有的金属，因此，钽电容会比其他类型的电容要贵一点。但是性能要比铝电解电容要好，ESR更小，损耗更小，去耦效果更好，漏电流小。下图是Kemet一款固态钽电容的参数表：

截图自Kemet规格书

额定电压

固态钽电容的工作电压需要降额设计。正常情况工作电压要低于额定电压的50%；高温环境或负载阻抗较低时，工作电压要低于额定电压的30%。具体降额要求应严格按照规格书要求。

此外，还需要注意钽电容的承受反向电压的情况，交流成分过大，可能会导致钽电容承受反向电压，导致钽电容失效。

固态钽电容的主要失效模式是短路失效，会直接导致电路无法工作，甚至起火等风险。因此，需要额外注意可靠性设计，降低失效率。

对于一旦失效，就会造成重大事故的产品，建议不要使用固态钽电容。

额定纹波电流

纹波电流流过钽电容，由于ESR存在会导致钽电容温升，加上环境温度，不要超过钽电容的额定温度以及相关降额设计。

3.4 片状多层陶瓷电容

片状多层陶瓷电容应该是出货量最大的电容，制造商也比较多，像三大日系TDK、muRata、Taiyo Yuden，美系像KEMET、AVX(已经被日本京瓷收购了)。

三大日系做的比较好的就是有相应的选型软件，有电感、电容等所有系列的产品及相关参数曲线，非常全，不得不再次推荐一下：

• SEAT 2013 - TDK

• Simsurfing - Murata

• Taiyo Yuden Components Selection Guide & Data Library

3.4.1 Class I电容

Class I电容应用最多的是C0G电容，性能稳定，适用于谐振、匹配、滤波等高频电路。

C0G电容的容值十分稳定，基本不随外界条件(频率除外)变化，下图是Murata一款1000pF电容的直流、交流及温度特性。

图片来自GRM1555C1H102JA01 - Murata

因此，通常只需要关注C0G电容的频率特性。下图是Murata的3款相同封装(0402inch)相同容差(5%)的10pF电容的频率特性对比。

图片来自SimSurfing - Web - Murata

其中GRM是普通系列，GJM是高Q值系列、GQM是高频系列，可见GQM系列高频性能更好，自谐振频率和Q值更高，一些高频性能要求很高的场合，可以选用容差1%的产品。而GRM系列比较便宜，更加通用，例如EMC滤波。

3.4.2 Class II和Class III电容

Class II和Class III电容都是高介电常数介质，性能不稳定，容值变化范围大，通常用作电源去耦或者信号旁路。

以Murata一款22uF、6.3V、X5R电容为例，相关特性曲线：

图片来自GRM188R60J226MEA0 - Murata

容值

Class II和Class III电容，容值随温度、DC偏置以及AC偏置变化范围较大。特别是用作电源去耦时，电容都有一定的直流偏置，电容量比标称值小很多，所以要注意实际容值是否满足设计要求。

纹波电流

作为DCDC的输入和输出电容，都会有一定的纹波电流，由于ESR的存在会导致一定的温升。加上环境温度，不能超过电容的额定温度，例如X5R电容最高额度温度是85℃。

通常由于多层陶瓷电容ESR较小，能承受的纹波电流较大。

自谐振频率

电容由于ESL的存在，都有一个自谐振频率。大容量的电容，自谐振频率较低，只有1-2MHz。所以，为了提高电源的高频效应，大量小容值的去耦电容是必须的。此外，对于开关频率很高的DCDC芯片，要注意输入输出电容的自谐振频率。

ESR

设计DCDC电路，需要知道输出电容的ESR，来计算输出电压纹波。多层陶瓷电容的ESR通常较低，大约几到几十毫欧。

3.5 安规电容