深入了解电容：不同种类电容的特性对比&电容选择基本原则

Posted 2022-02-23 bobuddy

1. 选择电容的基本原则
要想选对电容，就必须对电容有深入的了解，本文是深入了解电容系列的最后一篇，建议先看前面四篇了解各种电容的特点。
深入了解电容（一）：电容简介
深入了解电容（二）：电容的参数指标解释
深入了解电容（三）：陶瓷电容MLCC
深入了解电容（四）：钽电容、聚合物有机半导体电容（POSCAP，ECAS）和薄膜电容

简单的选择原则：

1.想要超大容量，铝电解电容便宜好用。

2. 既要大容量，又要小体积，选钽电容，而且钽电容可靠性更高。

3. 既要大容量，小体积，又要低ESR，高可靠性，选聚合物电容。

4. 空间非常小的地方，推荐用陶瓷电容。

5. 想要高耐压，频率特性好，选薄膜电容。

电容有不同的特点，使其在不同行业的用量也不同：

在电源行业，汽车电子行业，铝电解电容，钽电容很常用。
精密电子，消费类电子行业，几乎全部都是MLCC陶瓷电容。
高端电源，汽车电子里面，才会考虑用到聚合物电容，因为这个性能好，可靠性高，价格非常贵。
在高压场所，音响行业，用薄膜电容多。
2电容特性的横向对比
任何电容的阻抗特性都不同。
任何电容的容量都会随温度改变而变化。
任何电容的容量都会随电压改变而变化。
任何电容的阻抗都是一条随频率变化的曲线。
我们要保证在高温，高压，高频的极端条件下，容值都满足系统要求，尤其在高可靠性的产品上！

2.1.不同材料电容的阻抗曲线对比
PDN设计要求整个电源网络的对地阻抗要低于目标值，在阻抗较高的频点，需要选用对应类型的电容和容值，来压低这个地方的对地阻抗，不同类型的电容，阻抗曲线是不同的。有关PDN设计，请参考文章《PDN设计》

下图是几种不同材料电容的阻抗曲线图，作为选型参考：

 

MURATA，TDK，KEMET在官网都有软件下载，提供每一个型号的电容阻抗曲线。用这些工具了解电容特性吧！

2.2 不同材料电容的容量vs温度
温度特性良好的电容器有：
温度补偿用独石陶瓷电容器(MLCC)，非常小

导电性高分子铝电解电容器（高分子AI,也叫聚合物电容ECAS），±10%以内

导电性高分子钽电容器（高分子Ta，也叫聚合物电容Poscap），±10%以内

二氧化锰型钽电容，±10%以内

薄膜电容器（Film）不清楚

温度特性不好的电容器：
高介电常数MLCC（<X5R,Y5V>）
铝电解（液体）电容，低温时变化很大

下面是几种类型电容的对比曲线：

 

这三幅都是聚合物电容，变化都很小，其中聚合物钽电容相对最大。

 

第一幅钽电容，变化很小；
第二幅MLCC，变化相对大；
第三幅，铝电解电容（液体），低温时容量下降明显。

2.3不同材料电容的容量vs电压
高分子电容，薄膜电容，C0G电容的直流偏压性能最好，Class2类电容（X5R，Y5V）性能很差。

2.4不同材料电容的阻抗和ESR vs 频率
下图以6.3V/100uF为例

 

 

MLCC的电解质的钛酸钡和电极是多层的，在等价电路上一层一层的并联连接，因此能够使ESR很低。聚合物ECAS也像MLCC，因为有多层的铝元素，所以能使ESR变低。其他的电容器基本上只有一个电容器元素，因此ESR值都相对较高。

一般来说电容器的ESR和阻抗越低，实际电路中的平滑特性和瞬态响应特性就越好。ESR性能排序，从好到差：
MLCC>聚合物铝电解电容>聚合物钽电解电容>钽电容>铝电解电容

2.5不同材料电容的温度vs纹波电流
下图以6.3V/100uF为例

 

 

温度上升越困难说明电容器的特性越优良。
发热的程度相对的也是ESR和电容器的体积引起的，过热的话会对可靠性和使用寿命产生影响。

温度同样上升10℃的，ESR越低，需要的电流越大，从上面几幅图也可以看出ESR的特点。反过来，ESR越大，越容易造成温度上升。这个时候要特别关注下钽电容和铝电解电容，他们的ESR太大了，以至于温度上升很快。

因为一般来说MLCC的发热量很小，因此不太会被作为规范来保证，包括聚合物电容器在内的电解电容器是无法避免这种影响的，因此一般会对每个种类都有规定。

3.我用过的电容系列
品牌    系列    用途
KEMET    T493系列钽电容，T495系列钽电容,T513系列钽电容    高容值，高可靠性产品，航电产品
KEMET    COTS X7R，车规X5R系列    高可靠性产品，航电产品
MURATA    GRM03，GRM15，GRM18，GRM    手机等消费类电子
YAGEO    CC0201，CC0402等系列    手机等消费类电子
宇阳    C0201，C0402等系列    手机等消费类电子
SAMSUNG    CL03，CL05等系列    手机等消费类电子
ELNA    铝电解电容    汽车电子
4.非常有用的连接
村田电容参数获取器：
https://ds.murata.co.jp/simsurfing/mlcc.html?lcid=zh-cn#
电容量测试注意事项：
https://www.murata.com/zh-cn/products/capacitor/mlcc/solution/insufficient
为什么电容量总是测不准：
https://www.murata.com/zh-cn/support/faqs/products/capacitor/mlcc/char/0012
电容量的详细测量方法：
https://www.murata.com/zh-cn/products/emiconfun/capacitor/2012/06/28/en-20120628-p1