在直流電路中,電容器是相當(dāng)于斷路的。電容器是一種能夠儲藏電荷的元件,也是常用的電子元件之一。
這得從電容器的結(jié)構(gòu)上說起。簡單的電容器是由兩端的極板和中間的絕緣電介質(zhì)(包括空氣)[1]構(gòu)成的。通電后,極板帶電,形成電壓(電勢差),但是由于中間的絕緣物質(zhì),所以整個電容器是不導(dǎo)電的。不過,這樣的情況是在沒有超過電容器的臨界電壓(擊穿電壓)的前提條件下的。我們知道,任何物質(zhì)都是相對絕緣的,當(dāng)物質(zhì)兩端的電壓加大到一定程度后,物質(zhì)是都可以導(dǎo)電的,我們稱這個電壓叫擊穿電壓。電容也不例外,電容被擊穿后,就不是絕緣體了。不過在中學(xué)階段,這樣的電壓在電路中是見不到的,所以都是在擊穿電壓以下工作的,可以被當(dāng)做絕緣體看。
陶制電容器
但是,在交流電路中,因為電流的方向是隨時間成一定的函數(shù)關(guān)系變化的。而 電 容器充放電的過程是有時間的, 這個時候,在極板間形成變化的電場,而這個電場也是隨時間變化的函數(shù)。實際上,電流是通過場的形式在電容器間通過的。
在中學(xué)階段,有句話,就叫通交流,阻直流,說的就是電容的這個性質(zhì)。
電容的作用:
1)旁路
旁路電容是為本地器件提供能量的儲能器件,它能使穩(wěn)壓器的輸出均勻化,降低負(fù)載需求。 就像小型可充電電池一樣,旁路電容能夠被充電,并向器件進(jìn)行放電。為盡量減少阻抗,旁路電容要盡量靠近負(fù)載器件的供電電源管腳和地管腳。 這能夠很好地防止輸入值過大而導(dǎo)致的地電位抬高和噪聲。地電位是地連接處在通過大電流毛刺時的電壓降。
2)去藕
去藕,又稱解藕。 從電路來說, 總是可以區(qū)分為驅(qū)動的源和被驅(qū)動的負(fù)載。如果負(fù)載電容比較大, 驅(qū)動電路要把電容充電、放電, 才能完成信號的跳變,在上升沿比較陡峭的時候,電流比較大, 這樣驅(qū)動的電流就會吸收很大的電源電流,由于電路中的電感,電阻(特別是芯片管腳上的電感,會產(chǎn)生反彈),這種電流相對于正常情況來說實際上就是一種噪聲,會影響前級的正常工作,這就是所謂的“耦合”。
去藕電容就是起到一個“電池”的作用,滿足驅(qū)動電路電流的變化,避免相互間的耦合干擾。
將旁路電容和去藕電容結(jié)合起來將更容易理解。旁路電容實際也是去藕合的,只是旁路電容一般是指高頻旁路,也就是給高頻的開關(guān)噪聲提高一條低阻抗泄防途徑。高頻旁路電容一般比較小,根據(jù)諧振頻率一般取0.1μF、0.01μF 等;而去耦合電容的容量一般較大,可能是10μF 或者更大,依據(jù)電路中分布參數(shù)、以及驅(qū)動電流的變化大小來確定。旁路是把輸入信號中的干擾作為濾除對象,而去耦是把輸出信號的干擾作為濾除對象,防止干擾信號返回電源。這應(yīng)該是他們的本質(zhì)區(qū)別。
3)濾波
從理論上(即假設(shè)電容為純電容)說,電容越大,阻抗越小,通過的頻率也越高。但實際上超過1μF 的電容大多為電解電容,有很大的電感成份,所以頻率高后反而阻抗會增大。有時會看到有一個電容量較大電解電容并聯(lián)了一個小電容,這時大電容通低頻,小電容通高頻。電容的作用就是通高阻低,通高頻阻低頻。電容越大低頻越容易通過。具體用在濾波中,大電容(1000μF)濾低頻,小電容(20pF)濾高頻。曾有網(wǎng)友形象地將濾波電容比作“水塘”。由于電容的兩端電壓不會突變,由此可知,信號頻率越高則衰減越大,可很形象的說電容像個水塘,不會因幾滴水的加入或蒸發(fā)而引起水量的變化。它把電壓的變動轉(zhuǎn)化為電流的變化,頻率越高,峰值電流就越大,從而緩沖了電壓。濾波就是充電,放電的過程。
4)儲能
儲能型電容器通過整流器收集電荷,并將存儲的能量通過變換器引線傳送至電源的輸出端。電壓額定值為40~450VDC、電容值在220~150 000μF 之間的鋁電解電容器(如EPCOS 公司的 B43504 或B43505)是較為常用的。根據(jù)不同的電源要求,器件有時會采用串聯(lián)、并聯(lián)或其組合的形式,對于功率級超過10KW 的電源,通常采用體積較大的罐形螺旋端子電容器
低頻中使用的范圍較寬,如可以使用高頻特性比較差的;但是在高頻電路中就有了很大的限制了,一旦選擇不當(dāng)會影響電路的整體工作狀態(tài);
一般的電源里用的有電解電容、和瓷片電容、但是在高頻中就要使用云母等價格較貴的電容,就不可以使用絳綸的電容,和電解的電容,因為它們在高頻情況下會形成電感,以致影響電路的工作精度。
E24 E12 E6 E24 E12 E6
1.0 1.0 1.0 3.3 3.3 3.3
1.1 3.6
1.2 1.2 3.9 3.9
1.3 4.3
1.5 1.5 1.5 4.7 4.7 4.7
1.6 5.1
1.8 1.8 5.6 5.6
2.0 6.2
2.2 2.2 2.2 6.8 6.8 6.8
2.4 7.5
2.7 2.7 8.2 8.2
3.0 9.1
注:用表中數(shù)值再乘以10n來表示電容器標(biāo)稱電容量,n為正或負(fù)整數(shù)。
主要參數(shù)的意義:標(biāo)稱容量以及允許偏差:目前我國采用的固定式標(biāo)稱容量系列是:E24,E12,E6系列。他們分別使用的允許偏差是+-5% +-10% +-20%。
標(biāo)稱電容量是標(biāo)志在電容器上的電容量。
電容器實際電容量與標(biāo)稱電容量的偏差稱誤差,在允許的偏差范圍稱精度。
精度等級與允許誤差對應(yīng)關(guān)系:00(01)-±1%、0(02)-±2%、Ⅰ-±5%、Ⅱ-±10%、Ⅲ-±20%、 Ⅳ-(+20%-10%)、Ⅴ-(+50%-20%)、Ⅵ-(+50%-30%)
一般電容器常用Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級,電解電容器用Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ級,根據(jù)用途選取。
在低環(huán)境溫度和額定環(huán)境溫度下可連續(xù)加在電容器的高直流電壓有效值,一般直接標(biāo)注在電容器外殼上,如果工作電壓超過電容器的耐壓,電容器擊穿,造成不可修復(fù)的損壞。常見的電容額定電壓與耐壓測試儀測量值的關(guān)系( 600V的耐壓測試儀測量電壓為760V以上;
550V的耐壓測試儀測量電壓為715V以上;
500V的耐壓測試儀測量電壓為650V以上;
450V的耐壓測試儀測量電壓為585V以上;
400V的耐壓測試儀測量電壓為520V以上;
250V的耐壓測試儀測量電壓為325V以上;
200V的耐壓測試儀測量電壓為260V以上;
160V的耐壓測試儀測量電壓為208V以上;
100V的耐壓測試儀測量電壓為125V—132V以上;
80V的耐壓測試儀測量電壓為100V以上;
63V的耐壓測試儀測量電壓為79V以上;
50V的耐壓測試儀測量電壓為62.5V以上;
35V的耐壓測試儀測量電壓為50V以上
25V的耐壓測試儀測量電壓為35V以上
16V的耐壓測試儀測量電壓為19V以上
10V的耐壓測試儀測量電壓為13V以上
6.3的耐壓測試儀測量電壓為7.5V以上
以上為85℃產(chǎn)品;以下為105℃產(chǎn)品 :
600V的耐壓測試儀測量電壓為780V以上;
550V的耐壓測試儀測量電壓為745V以上;
500V的耐壓測試儀測量電壓為660V以上;
450V的耐壓測試儀測量電壓為595V以上;
400V的耐壓測試儀測量電壓為540V以上;
250V的耐壓測試儀測量電壓為343V以上;
200V的耐壓測試儀測量電壓為270V以上;
160V的耐壓測試儀測量電壓為222V以上;
100V的耐壓測試儀測量電壓為132V以上;
80V的耐壓測試儀測量電壓為102V以上;
63V的耐壓測試儀測量電壓為84V以上;
50V的耐壓測試儀測量電壓為66.5V以上;
35V的耐壓測試儀測量電壓為52.5V以上
25V的耐壓測試儀測量電壓為38V以上
16V的耐壓測試儀測量電壓為21.6V以上
10V的耐壓測試儀測量電壓為13.5V以上
6.3的耐壓測試儀測量電壓為8.2V以上)
直流電壓加在電容上,并產(chǎn)生漏電電流,兩者之比稱為絕緣電阻.
當(dāng)電容較小時,主要取決于電容的表面狀態(tài),容量〉0.1uf時,主要取決于介質(zhì)的性能,絕緣電阻越大越好。
電容的時間常數(shù):為恰當(dāng)?shù)脑u價大容量電容的絕緣情況而引入了時間常數(shù),他等于電容的絕緣電阻與容量的乘積。
電容在電場作用下,在單位時間內(nèi)因發(fā)熱所消耗的能量叫做損耗。各類電容都規(guī)定了其在某頻率范圍內(nèi)的損耗允許值,電容的損耗主要由介質(zhì)損耗,電導(dǎo)損耗和電容所有金屬部分的電阻所引起的!
在直流電場的作用下,電容器的損耗以漏導(dǎo)損耗的形式存在,一般較小,在交變電場的作用下,電容的損耗不僅與漏導(dǎo)有關(guān),而且與周期性的極化建立過程有關(guān)。
隨著頻率的上升,一般電容器的電容量呈現(xiàn)下降的規(guī)律。
大電容工作在低頻電路中的阻抗較小,小電容而比較適合工作在高頻環(huán)境下。
在電容充電后關(guān)閉電源,電容內(nèi)的電荷仍可能儲存很長的一段時間。此電荷足以產(chǎn)生電擊,或是破壞相連結(jié)的儀器。一個拋棄式相機(jī)閃光模組由1.5V AA 干電池充電,看似安全,但其中的電容可能會充電到300V,300V 的電壓產(chǎn)生的電擊會使人非常疼痛,甚至可能致命。
許多電容的等效串聯(lián)電阻 (ESR) 低,因此在短路時會產(chǎn)生大電流。在維修具有大電容的設(shè)備之前,需確認(rèn)電容已經(jīng)放電完畢。為了安全上的考量,所有大電容在組裝前需要放電。若是放在基板上的電容器,可以在電容器旁并聯(lián)一泄放電阻 (bleeder resistor)。在正常使用的,泄放電阻的漏電流小,不會影響其他電路。而在斷電時,泄放電阻可提供電容放電的路徑。高壓的大電容在儲存時需將其端子短路,以確保其儲存電荷均已放電,因為若在安裝電容時,若電容突然放電,產(chǎn)生的電壓可能會造成危險。
大型老式的油浸電容器中含有多氯聯(lián)苯(poly-chlorinated biphenyl),因此丟棄時需妥善處理,若未妥善處理,多氯聯(lián)苯會進(jìn)入地下水中,進(jìn)而污染飲用水。多氯聯(lián)苯是致癌物質(zhì),微量就會對人體造成影響。若電容器的體積大,其危險性更大,需要格外小心。新的電子零件中已不含多氯聯(lián)苯。
電解電容的品牌
Sanyo----三洋電容
Rubycon---紅寶石
Nichicon --日系電容
KZG-------日系電容 日本化工,Nippon Chemi-con
KZE-------日系電容
Panasonic-日系(松下)電容
常見的日系電容
Nichicon:Nichicon(音譯尼吉康)公司成立于1950年8月1日,是日本電解電容行業(yè)的三大企業(yè)之一,在全球電解電容技術(shù)領(lǐng)域中,一直處于領(lǐng)先地位,Nichicon產(chǎn)品范圍主要是電解電容器。Nichicon電容的防暴紋是“十”字型。
Sanyo:Sanyo(三洋)在電解電容行業(yè)里面的地位,類似三星在數(shù)字家電行業(yè)里面的地位,其電容的種類和產(chǎn)量,研發(fā)技術(shù)水準(zhǔn)在業(yè)界都是數(shù)一數(shù)二的。單從性能上看,Sanyo可能并不算高端的品牌,但是從生產(chǎn)規(guī)模、供貨能力、品控能力和研發(fā)水平綜合評判,Sanyo是如今電容行業(yè)里的龍頭老大。Sanyo普通電解電容的防暴紋是“K”字型。
Chemicon:Chemicon即日本化工,Chemicon電容外皮上沒有標(biāo)示廠牌,但在電容側(cè)面會著明相應(yīng)的產(chǎn)品型號,大家在顯卡、主板上常見的KZG,KZJ,KZE等系列電容就是Chemicon的產(chǎn)品,該系列電容的防暴紋酷似奔馳汽車的標(biāo)志,很好判斷。
Panasonic:Panasonic就是大家熟悉的松下,其在電解電容和陶瓷電容上的制造實力很強,高端產(chǎn)品主要以鉭固體聚合物電容為主,所以在一般硬件里面使用的很少。松下的Gold(金裝電容)電解電容系列很有名,防暴紋是“T”字型,側(cè)面有“M”標(biāo)記。
Rubycon:Rubycon即紅寶石,是日本三大電容器廠家之一,其主要產(chǎn)品為以鋁電解電容、塑膠薄膜電容器為主的各種電容產(chǎn)品。著名的DIY主板品牌升技就曾經(jīng)在其產(chǎn)品里廣泛使用紅寶石電容,主要產(chǎn)品有MBZ,MCZ系列電容,品質(zhì)優(yōu)異。防暴紋為英文字母“K”字型,側(cè)面注有“Rubycon”字樣。
臺系品牌有:TAICON、G-LUXCON、TEAPO、CAPXON、OST、GSC、RLS等。
鋁電解電容器的市場主要集中在日本和中國,而相對于中國的鋁電解電容器來講,中國鋁電解電容器行業(yè)的增長推力是來自節(jié)能、新能源、軌道交通三駕馬車。如何看待中國電解電容接下來的發(fā)展,還是需要更多的探索和研究。
中國電子元件行業(yè)協(xié)會信息中心預(yù)測通過對市場分析,大體上總結(jié)下了如此結(jié)論,2010-2012年我國鋁電解電容器市場規(guī)模將保持5%-9%的增長速度,同時也要注意其他方面的影響,在“節(jié)能減排”思想的日益深入人心的時候,變頻技術(shù)在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域得到了更加廣泛的應(yīng)用,以風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電為代表的綠色能源領(lǐng)域正在逐漸在市場上起到了重要作用,當(dāng)然,在日益不可以忽視的交通方面,也是對也對鋁電解電容器提出了巨大的需求,這三大領(lǐng)域?qū)蔀殇X電解電容器行業(yè)高增長的主要推動力。
日本地震已經(jīng)過去了,但是其影響還是存在的,日本電子類生產(chǎn)企業(yè)遭受地震和海嘯巨大影響。日本多處鋁電解電容器工廠受到影響,日本主要鋁電解電容器企業(yè)Nichicon、Rubicon、chemi-con等大都集中于受日本地震影響的福島及周邊地區(qū),在地震與核輻射雙重打擊下,這些企業(yè)短期內(nèi)難以恢復(fù)產(chǎn)能。由于公司與這些企業(yè)技術(shù)差距較小,這勢必加速公司獲得更多訂單,預(yù)期公司將會長期受益于日本地震帶來的訂單轉(zhuǎn)移。目前鋁電解電容器市場處于供不應(yīng)求狀態(tài),各大鋁電解電容器廠商普遍提高了產(chǎn)品銷售單價,公司也已經(jīng)開始逐步提高部分鋁電解電容器的銷售單價,預(yù)計調(diào)整幅度在8%左右,化解成本上漲帶來的壓力。
在中國,進(jìn)行電解電容這方面生產(chǎn)的廠家也是非常多的,我公司是東莞一家多年來專業(yè)生產(chǎn)銷售電解電容、鋁電解電容的廠家,公司吸納了許多人才,在產(chǎn)品發(fā)明方面,做出了巨大的成績。抓住客戶迫切要求和未來的發(fā)展機(jī)遇,高起點、高要求建設(shè)好工業(yè)和車輛用高壓大型薄膜電容器,以適應(yīng)新能源、軌道交通、電動汽車、高壓變頻器等行業(yè)未來的需求是非常重要的一點,我公司準(zhǔn)備在這之后的時間里,為客戶帶來更多更的產(chǎn)品。
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