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四個(gè)對(duì)比 搞清薄膜電容關(guān)鍵特性

發(fā)布時(shí)間:2023-03-16 來源:DigiKey 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】多年來,薄膜電容一直用作EMI濾波器中的X和Y 電容,并大量應(yīng)用在工業(yè)和消費(fèi)者應(yīng)用中。了解不同材料薄膜電容特性,有助于更快地找到合適的薄膜電容。


由于薄膜電容以下特點(diǎn),輸入濾波電路中經(jīng)常會(huì)用到薄膜電容:


01 薄膜電容對(duì)比其他類型的電容的優(yōu)勢


1. 更低的寄生效應(yīng),

2. 在溫度和頻率上表現(xiàn)出非常穩(wěn)定

3. 耐高紋波電流能力

4. 自修復(fù)特性


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圖 1 薄膜電容結(jié)構(gòu)(圖片來源于Yageo的R46系列 的數(shù)據(jù)手冊(cè))


當(dāng)有強(qiáng)制性的特殊安全要求時(shí),該特性保證了整個(gè)產(chǎn)品工藝鏈的高可靠性。其他技術(shù)雖然也可以制造可靠的電容。但在制造后,如在PCB或設(shè)備安裝過程中,可能會(huì)出現(xiàn)其他問題。此外,薄膜電容器的故障模式是容值下降或開路模式,這使得它們非常適合需要安全和可靠性的場合。


然而,不同電介質(zhì)材料的薄膜電容的特性,也會(huì)有所不同。比較全面不同介質(zhì)類型的薄膜電容,其耐溫表現(xiàn)以及高頻應(yīng)用下的表現(xiàn)都不一樣。了解每種薄膜材料的優(yōu)缺點(diǎn),才能更好地找到適合項(xiàng)目的薄膜電容。


02 薄膜電容四種常見電介質(zhì)材料對(duì)比


薄膜電容,常見的4種電介質(zhì)材料:


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03 Digi-Key介電材料選擇


在Digi-Key網(wǎng)站,可以根據(jù)產(chǎn)品的介電材料來選擇合適的薄膜電容


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●   Digi-Key薄膜電容(直插封裝)

●   Digi-Key薄膜電容(貼片封裝)


1 四種電介質(zhì)材料特性對(duì)比:


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(資料來源于Yageo)


2 四種電介質(zhì)材料屬性數(shù)對(duì)比:


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(資料來源于Yageo)


根據(jù)這個(gè)表格,可能會(huì)發(fā)現(xiàn)PET或許是電壓、溫度和介電常數(shù)最佳組合的材料。同時(shí)PET也是最常見的薄膜電容介電材料,耐高低溫,我們也稱他們?yōu)闇炀]電容(Polyester Capacitor)


3 容值隨溫度頻率的變化:


薄膜電容的容值受溫度的影響。根據(jù)用作電介質(zhì)的塑料膜的類型,容值得變化率會(huì)有所不同。


使用PPS,容值幾乎不會(huì)發(fā)生變化。

對(duì)于PET,這種變化的特征是正溫度系數(shù),

而對(duì)于PP,則是負(fù)溫度系數(shù)。


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圖 3  不同材料薄膜電容,容值隨溫度頻率變化 (圖片來源于TDK)


也有復(fù)合電容器使用具有相反熱系數(shù)的材料組合來穩(wěn)定電容。電容也會(huì)根據(jù)頻率而變化,如下圖所示。PPS的一個(gè)特點(diǎn)是它的熱特性和頻率特性都很好。


4 tanδ隨溫度頻率的變化:


tanδ反應(yīng)的是電容電介質(zhì)內(nèi)單位體積中能量損耗的大小,tanδ越小,說明薄膜電容的品質(zhì)越好。


如何計(jì)算tanδ


電容等效串聯(lián)電阻(ESR)是一個(gè)很重要的參數(shù), 我們可以通過物料損耗角(δ)的相關(guān)信息來計(jì)算ESR值。


電容的總復(fù)阻抗在實(shí)-復(fù)數(shù)平面上表示為實(shí)數(shù)分量(ESR)和復(fù)數(shù)(無功)分量的矢量和,用以表示“理想”電容(ESR等元素在所有實(shí)際分量中均混合使用)。總阻抗與其復(fù)數(shù)分量之間的角稱為“損耗角” (即tanδ ),該數(shù)值用于概括電容總阻抗的理想和非理想分量之間的比值。


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根據(jù)tanδ,我們可以通過下面公式計(jì)算出計(jì)算電容ESR。


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更多內(nèi)容參考:通過tan δ計(jì)算電容ESR


tanδ隨溫度頻率的變化


tanδ傾向于隨著頻率增加而增加, 但隨著溫度增加對(duì)于PP材質(zhì)薄膜電容最不明顯。


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圖 4 不同材料薄膜電容,tanδ隨溫度頻率變化 (圖片來源于TDK)


因此,PP材質(zhì)薄膜電容適用于大電流應(yīng)用。


小貼士:薄膜電容使用時(shí)的注意事項(xiàng)-額定電壓


額定電壓即恒定基礎(chǔ)上施加到電容器的最大電壓。額定電壓可用于直流和交流。對(duì)于薄膜電容,直流和交流額定電壓通常在幾十到幾百伏的范圍內(nèi)。用于電力系統(tǒng)的高壓類型的交流電壓額定值可以到幾千伏或更高。


交流額定值是假定僅用于處理交流電流的電路中的電容電壓。當(dāng)用于交流時(shí),如果施加的電壓超過一定水平,則會(huì)發(fā)生電暈放電。持續(xù)電暈放電可能導(dǎo)致絕緣擊穿。由于額定電壓有隨溫度升高而下降的趨勢,因此必須選擇具有余量的電容。


我們以R74系列舉例:


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在R74數(shù)據(jù)手冊(cè)中,我們可以看到,當(dāng)溫度超過85度時(shí),額定電壓每升一度,建議降低1.25%


高頻電流或紋波電流會(huì)導(dǎo)致薄膜電容的自發(fā)熱。通常溫升可能會(huì)保持在5至10°C之間,但必須注意環(huán)境溫度加上自加熱溫度不得超過電容器的使用范圍。


5 最后總結(jié)一下:


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多年來,薄膜電容一直用作EMI濾波器中的X和Y 電容,并大量應(yīng)用在工業(yè)和消費(fèi)者應(yīng)用中。了解不同材料薄膜電容特性,有助于更快地找到合適的薄膜電容。



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