电容基础知识学习

发布 2019-06-22 22:32:17 阅读 3998

1 esr,是equivalent series resistance三个单词的缩写,翻译过来就是“等效串联电阻”。

理论上,一个完美的电容,自身不会产生任何能量损失,但是实际上,因为制造电容的材料有电阻,电容的绝缘介质有损耗,各种原因导致电容变得不“完美”。这个损耗在外部,表现为就像一个电阻跟电容串联在一起,所以就起了个名字叫做“等效串联电阻”。

esr的出现导致电容的行为背离了原始的定义。

比如,我们认为电容上面电压不能突变,当突然对电容施加一个电流,电容因为自身充电,电压会从0开始上升。但是有了esr,电阻自身会产生一个压降,这就导致了电容器两端的电压会产生突变。无疑的,这会降低电容的滤波效果,所以很多高质量的电源啦一类的,都使用低esr的电容器。

同样的,在振荡电路等场合,esr也会引起电路在功能上发生变化,引起电路失效甚至损坏等严重后果。

所以在多数场合,低esr的电容,往往比高esr的有更好的表现。

不过事情也有例外,有些时候,这个esr也被用来做一些有用的事情。

比如在稳压电路中,有一定esr的电容,在负载发生瞬变的时候,会立即产生波动而引发反馈电路动作,这个快速的响应,以牺牲一定的瞬态性能为代价,获取了后续的快速调整能力,尤其是功率管的响应速度比较慢,并且电容器的体积/容量受到严格限制的时候。这种情况见于一些使用mos管做调整管的三端稳压或者相似的电路中。这时候,太低的esr反而会降低整体性能。

esr是等效“串联”电阻,意味着,将两个电容串联,会增大这个数值,而并联则会减少之。

实际上,需要更低esr的场合更多,而低esr的大容量电容**相对昂贵,所以很多开关电源采取的并联的策略,用多个esr相对高的铝电解并联,形成一个低esr的大容量电容。牺牲一定的pcb空间,换来器件成本的减少,很多时候都是划算的。

和esr类似的另外一个概念是esl,也就是等效串联电感。早期的卷制电容经常有很高的esl,而且容量越大的电容,esl一般也越大。esl经常会成为esr的一部分,并且esl也会引发一些电路故障,比如串联谐振等。

但是相对容量来说,esl的比例太小,出现问题的几率很小,再加上电容制作工艺的进步,现在已经逐渐忽略esl,而把esr作为除容量之外的主要参考因素了。

顺便,电容也存在一个和电感类似的品质系数q,这个系数反比于esr,并且和频率相关,也比较少使用。

由esr引发的电路故障通常很难检测,而且esr的影响也很容易在设计过程中被忽视。简单的做法是,在**的时候,如果无法选择电容的具体参数,可以尝试在电容上人为串联一个小电阻来模拟esr的影响,通常的,钽电容的esr通常都在100毫欧以下,而铝电解电容则高于这个数值,有些种类电容的esr甚至会高达数欧姆。

esr值与纹波电压的关系可以用公式v=r(esr)×i表示。这个公式中的v就表示纹波电压,而r表示电容的esr,i表示电流。可以看到,当电流增大的时候,即使在esr保持不变的情况下,纹波电压也会成倍提高。

2 变频器电容的基础知识

一、电容的分类和作用。

电容(electric capacity),由两个金属极,中间夹有绝缘材料(介质)构成。由于绝缘材料的不同,所构成的电容器的种类也有所不同:

按结构可分为:固定电容,可变电容,微调电容。

按介质材料可分为:气体介质电容,液体介质电容,无机固体介质电容,有机固体介质电容电解电容。

按极性分为:有极性电容和无极性电容。 我们最常见到的就是电解电容。

电容在电路中具有隔断直流电,通过交流电的作用,因此常用于级间耦合、滤波、去耦、旁路及信号调谐。

二、电容的符号。

电容的符号同样分为国内标表示法和国际电子符号表示法,但电容符号在国内和国际表示都差不多,唯一的区别就是在有极性电容上,国内的是一个空筐下面一根横线,而国际的就是普通电容加一个“+”符号代表正极。

三、电容的单位。

电阻的基本单位是:f (法),此外还有μf(微法)、pf(皮法),另外还有一个用的比较少的单位,那就是:nf(),由于电容 f 的容量非常大,所以我们看到的一般都是μf、nf、pf的单位,而不是f的单位。

他们之间的具体换算如下:

1f=1000000μf

1μf=1000nf=1000000pf

五、电容的耐压单位:v(伏特)

每一个电容都有它的耐压值,这是电容的重要参数之一。普通无极性电容的标称耐压值有:63v、100v、160v、250v、400v、600v、1000v等,有极性电容的耐压值相对要比无极性电容的耐压要低,一般的标称耐压值有:

4v、6.3v、10v、16v、25v、35v、50v、63v、80v、100v、220v、400v等。

六、电容的种类。

电容的种类有很多,可以从原理上分为:无极性可变电容、无极性固定电容、有极性电容等,从材料上可以分为:cbb电容(聚乙烯),涤纶电容、瓷片电容、云母电容、独石电容、电解电容、钽电容等。

下表是各种电容的优缺点:

各种电容的优缺点。

极性名称制作优点缺点。

无无感cbb电容 2层聚丙乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后**而成。 无感,高频特性好,体积较小不适合做大容量,**比较高,耐热性能较差。

无 cbb电容 2层聚乙烯塑料和2层金属箔交替夹杂然后**而成。 有感,其他同上。

无瓷片电容薄瓷片两面渡金属膜银而成。 体积小,耐压高,**低,频率高(有一种是高频电容) 易碎!容量低。

无云母电容云母片上镀两层金属薄膜容易生产,技术含量低。 体积大,容量小,(几乎没有用了)

无独石电容体积比cbb更小,其他同cbb,有感。

有电解电容两片铝带和两层绝缘膜相互层叠,转捆后浸泡在电解液(含酸性的合成溶液)中。 容量大。 高频特性不好。

有钽电容用金属钽作为正极,在电解质外喷上金属作为负极。 稳定性好,容量大,高频特性好。 造价高。(一般用于关键地方)

七、电容的标称及识别方法。

由于电容体积要比电阻大,所以一般都使用直接标称法。如果数字是0.001,那它代表的是0.001uf=1nf,如果是10n,那么就是10nf,同样100p就是100pf。

不标单位的直接表示法:用1~4位数字表示,容量单位为pf,如350为350pf,3为3pf,0.5为0.5pf

色码表示法:沿电容引线方向,用不同的颜色表示不同的数字,第一,二种环表示电容量,第三种颜色表示有效数字后零的个数(单位为pf)

颜色意义:黑=0、棕=1、红=2、橙=3、黄=4、绿=5、蓝=6、紫=7、灰=8、白=9。

电容的识别:看它上面的标称,一般有标出容量和正负极,也有用引脚长短来区别正负极长脚为正,短脚为负。

二) 电容器知识。

1、 电容器的定义。

所谓电容器就是能够储存电荷的“容器”。只不过这种“容器”是一种特殊的物质——电荷,而且其所存储的正负电荷等量地分布于两块不直接导通的导体板上。至此,我们就可以描述电容器的基本结构:

两块导体板(通常为金属板)中间隔以电介质,即构成电容器的基本模型。 c=q/u c=ε0εr s/d

2、 电容器的作用。

电容器在电子线路中的作用一般概括为:通交流、阻直流。电容器通常起滤波、旁路、耦合、去耦、转相等电气作用,是电子线路必不可少的组成部分。

在集成电路、超大规模集成电路已经大行其道的今天,电容器作为一种分立式无源元件仍然大量使用于各种功能的电路中,其在电路中所起的重要作用可见一斑。作贮能元件也是电容器的一个重要应用领域,同电池等储能元件相比,电容器可以瞬时充放电,并且充放电电流基本上不受限制,可以为熔焊机、闪光灯等设备提供大功率的瞬时脉冲电流。电容器还常常被用以改善电路的品质因子,如节能灯用电容器。

2 隔直流:作用是阻止直流通过而让交流通过。

2 旁路(去耦):为交流电路中某些并联的元件提供低阻抗通路。

2 耦合:作为两个电路之间的连接,允许交流信号通过并传输到下一级电路。

2 滤波:将整流以后的锯齿波变为平滑的脉动波,接近于直流。

2 温度补偿:针对其它元件对温度的适应性不够带来的影响,而进行补偿,改善电路的稳定性。

2 计时:电容器与电阻器配合使用,确定电路的时间常数。

2 调谐:对与频率相关的电路进行系统调谐,比如手机、收音机、电视机。

2 整流:在预定的时间开或者关半闭导体开关元件。

2 储能:储存电能,用于必须要的时候释放。例如相机闪光灯,加热设备等等。(如今某些电容的储能水平已经接近锂电池的水准,一个电容储存的电能可以供一个手机使用一天。

3、 电容器的基本参数。

2 电容量:通常以120hz下数字电桥测定的数值为准,指电容器的大小。

2 损耗角正切值:通常以120hz下数字电桥测定的数值为准,指在规定频率的正弦电压下,通过电容器的有功功率跟无功功率的比值。

2 工作电压(wv):工作电压(working voltage)简称wv,为绝对安全值;若是surge voltage(简称sv或vs),就是涌浪电压或崩溃电压;,超过这个电压值电容会爆!根据国际iec 384-4规定,低於315v时,vs=1.

15×vr,高於315v时,vs=1.1×vr。vs是涌浪电压,vr是额定电压(rated voltage)。

2 绝缘电阻:绝缘电阻则是电容器隔离直流作用的数值化表征,希望电容器的绝缘电阻越高越好。在电解电容,这个参数一般用漏电流来表征。

漏电流的计算公式是i=kcv,k 是系数,不同品种的电容有不同的系数,象cd11是0.03或0.02,而cd110是0.

01。该公式得出的数值单位为μa

2 esr:串联等效电阻,包括引线和铝箔的接触电阻、电解液的电阻等。

2 其他参数:击穿电压、允许通过的最大纹波电流、使用的温度范围、温度系数、频率特性等。在此不一一细讲。

4、 电容器的分类。

根据介质的不同,同时结合实际应用中的具体情况,我们把电容器简单分为三类。

第一类:电解类。

电解电容器是指在铝、钽、铌、钛等阀金属的表面采用阳极氧化法生成一薄层氧化物作为电介质,以电解质作为阴极而构成的电容器。目前最常用的电解电容有铝电解和钽电解。

广义上讲,电解质包括电解液、二氧化锰、有机半导体tcnq、导体聚合物(ppy、pedt)、凝胶电解质peo等。后面的几种是目前比较尖端的电容器。

注意:电解质和电介质的不同。

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