电容的基础知识.ppt

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1、2023/9/27,MSIK DQA2專用,1,電容基礎知識簡介,DQA2Golden2003/11/11,2023/9/27,MSIK DQA2專用,2,摘要,電容基礎知識電解電容簡介MLCC簡介電容在MB上的應用,2023/9/27,MSIK DQA2專用,3,電容的基礎知識,定義:相對兩導體間存在著電氣絕緣,電氣絕緣體(介質)介質常數:Al2O3=7-10 Ta2O5=28,引線端子(正極),引線端子(負極),金屬導體,2023/9/27,MSIK DQA2專用,4,電容器種類,按結構可分為：固定電容、可變電容和微調電容,電容器,紙質電容器,雲母電容器,塑膠電容器,陶瓷電容器,電解電容器

2、,鋁液體電解電容器,鋁固體電解電容器,鉭液體電解電容器,鉭固體電解電容器,導電高分子電容器,OS-CAP,2023/9/27,MSIK DQA2專用,5,各類電容器特性比較,2023/9/27,MSIK DQA2專用,6,電容器之應用,電容在電路中具有隔斷直流電,通過交流電的作用,因此常用於極間偶合、濾波、旁路及信號調諧.,2023/9/27,MSIK DQA2專用,7,電解電容器構造及特性,電解電容器構造電解電容器製作程序電解電容器特性電解電容器壽命計算常用電解電容公式,2023/9/27,MSIK DQA2專用,8,電解電容器構造,2023/9/27,MSIK DQA2專用,9,電解電容器

3、製作程序,2023/9/27,MSIK DQA2專用,10,電解電容器特性(1),標稱電容量（Nominal Capacitance）,係指在測試頻率120Hz時所測得之電容量，電容量與金屬（鋁箔）相對面積及介質常數成正比，與兩極間距離成反比。C=A/d,電容量誤差（Capacitance Tolerance）,K（10%）,M（20%）,V（-10+20%）,額定工作電壓（Rated Working Voltage）（WV）,在最高工作溫度下，電解電容器可以承受之最高直流電壓。,2023/9/27,MSIK DQA2專用,11,電解電容器特性(2),突波電壓（Surge Voltage）（S

4、V）,工作溫度範圍（Operating Temperature Range）,-25+85,-40+85,-25+105,-40+105,散逸因素（Dissipation Factor）（120Hz）,以DF或tan表示之，其中係損失角。電壓與電流之相位角為，而+=90,在最高工作溫度下，電解電容器可以承受之相當瞬間最高峰值電壓。,2023/9/27,MSIK DQA2專用,12,電解電容器特性(3),等效串聯電阻（Equivalent Series Resistance）（ESR）,通電產生電容量同時伴生之最大電阻值。（電極電阻+電解質電阻+介質損失）。ESR=DF/2f C,洩漏電流（Le

5、akage Current）（LC）,電容器施加直流電壓，經規定時間後繼續流通之最大直流電流。I0.01CV or 3A Whichever is greater 上示公式須視不同系列產品而定。,2023/9/27,MSIK DQA2專用,13,解電容器特性(4),漣波電流（Ripple Current）（RC）,在最高工作溫度及120Hz（or 100KHz）頻率下，電解電容器可以承受之最高交流電流。（溫度/頻率補正係數）Icap(rms)=IoD(1-D)/Phase,低溫特性（Low Temperature Characteristics）,係指在-25/-40時，與在常溫20之最大阻抗

6、比。,2023/9/27,MSIK DQA2專用,14,壽命計算,壽命估算(Life Expectancy):電解電容在最高工作溫度下，可持續動作的時間。Lx=L0*2(T0-Ta)/10 Lx=實際工作壽命 L0=保證壽命 T0=最高工作溫度(850Cor1050C)Ta=電容器實際工作周圍溫度 Example:規範值1050C/1000Hrs 650C壽命推估:Lx=1000*2(105-65)/10 實際工作壽命:16000Hrs,2023/9/27,MSIK DQA2專用,15,壽命計算,實際計算 L2=L1*2(T1-Ta)/10*2(Ta-T2)/KWhereL1:Guarante

7、ed life at T1 degree CL2:Expected life at T2 degree CT1:Upper category temperature T2:Actual operating temperature,ambient temperature+temperature rise due to ripple current heating.Ta:Ambient temperatureK=10,if ripple current is within the specification of EL Capacitor.K=5,if ripple current is out

8、of the specification of EL Capacitor.,2023/9/27,MSIK DQA2專用,16,壽命試驗,高溫負荷壽命(Load Life)將電解電容器在最高工作溫度下，印加額定工作電壓，經 一持續規定完成時間後，須符合下列變化：cap:試驗前之值的20%以內 tan:初期特性規格值的200%以下 LC:初期特性規格值以下高溫放置壽命(Shelf Life)將電解電容器在最高工作溫度下，經一持續規定完成時間後，須符合下列變化：cap:試驗前之值的20%以內 tan:初期特性規格值的200%以下 LC:初期特性規格值以下,2023/9/27,MSIK DQA2專用,

9、17,壽命試驗,高溫充放電試驗(Charge/Discharge Test)將電解電容器在最高工作溫度下，印加額定工作電壓，經充電30秒後再放電330秒為一cycle，如此經1,000 cycles後，須符合下列變化：cap:試驗前之值的10%以內 tan:初期特性規格值的175%以下 LC:初期特性規格值以下漣波負荷試驗(Ripple Life)將電解電容器在最高工作溫度下，印加直流電壓及最大漣波電流（直流電壓+最大漣波電壓峰值=額定工作電壓），經一持續規定完成時間後，須符合下列變化：cap:試驗前之值的20%以內 tan:初期特性規格值的200%以下 LC:初期特性規格值以下,2023/9

10、/27,MSIK DQA2專用,18,常用電解電容公式,容抗:XC=1/(2fC)【】感抗:XL=2fL【】阻抗:Z=ESR2+(XL-XC)2【】漣波電流:IR=(AT/ESR)【mArms】功率:P=I2ESR【W】諧振頻率:f0=1/(2LC)【Hz】,2023/9/27,MSIK DQA2專用,19,多層陶瓷電容,介紹結構及特性製作工藝,2023/9/27,MSIK DQA2專用,20,介紹,多層陶瓷電容又稱績層陶瓷電容,英文全稱為 Multi-LayerCeramicCapacitor(MLCC).由陶瓷晶片和金屬混合燒烤擠壓而成,其容值與耐壓值均堆績層數和套磁片厚度有關.一般電容的

11、堆疊厚度最多與寬相等.,2023/9/27,MSIK DQA2專用,21,結構及 特性,2023/9/27,MSIK DQA2專用,22,設計原則,2023/9/27,MSIK DQA2專用,23,結構及 材料,2023/9/27,MSIK DQA2專用,24,分類,2023/9/27,MSIK DQA2專用,25,溫度系數符號,EX.:C0G=NP0 N:Negative P:Positive,2023/9/27,MSIK DQA2專用,26,溫度特性符號,Ex:X7R Y5V Z5U X:-55 Y:-30 Z:+10 7:+125 5:+85 5:+85 R:+/-15%V:+22-82

12、%U:+22-56%,2023/9/27,MSIK DQA2專用,27,特性曲線,2023/9/27,MSIK DQA2專用,28,老化特性,The capacitance can be regained after soldering procedure or backing treatment at 1500C or 1hr,2023/9/27,MSIK DQA2專用,29,MLCC的焊接,2023/9/27,MSIK DQA2專用,30,製作工藝,2023/9/27,MSIK DQA2專用,31,電容在MB上的應用,主板上用的電容,這里主要是指 那些大個的電解電容,這些電容的作用基本上都

13、是濾波用的.主板上用到這些大個電容的地方主要是電源電路部分,還有一些電容用於穩定參考電壓,一般會和電路地相連.由於現在的CPU功耗非常大,從低負荷到滿負荷,電流的變化是非常大的.為了保證夠在快速的負荷變化中,不會因為電流供應不上而歇菜,CPU供電電路要求具有非常快速的大電流響應能力.供電電路中的MOSFET,電感線圈和電容都會影響到這一能力.最理想的解決方法是使用最快速的MOSFET,高磁通量粗導線的電感線圈,以及超低的ESR 輸 入 輸出電容.,2023/9/27,MSIK DQA2專用,32,輸入輸出電容的考量,輸入電容 對於輸入電容主要考慮Ripple Current:因為輸入電容主要是

14、耐壓和吸收MOSFET的開關脈沖 Icap(rms)=IoD(1-D)/PhaseEX:Vin=12v;Vout=1.75v,Io=60A;3Phase D=Vout/Vin=1.75/12=0.1458 Irc=(60*0.1458*(1-0.1458)/3=7.058A 我們需要三顆1500uF/16V的 EL CAP,2023/9/27,MSIK DQA2專用,33,輸入輸出電容的考量,輸出電容 對於輸出電容耐壓和容量的要求可以低一些,而著重ESR,因為輸出電容要保證足夠的電流通過量.但並不是越低越好,低ESR會引起開關電路的震盪,而消震電路比較複雜,而且會增加很大的成本.這部分電容我們

15、通常選擇46.3V,470680uF的EL CAP,2023/9/27,MSIK DQA2專用,34,電容壽命的計算,公式：L2=L1*2(T1-Ta)/10*2(Ta-T2)/KEX：T1=1050C,Ta=550C,T2=680C,L1=3000hr L2=3000*2(105-55)/10*2(55-68)/10=38988hr=4.4 year 固態電節電容 L2=L1*10(T1-Ta)/10*10(Ta-T2)/K,2023/9/27,MSIK DQA2專用,35,電容的更換及品質,更換電容時一般選擇高耐壓值的電容.因為市場上很難買到低ESR的電容,這時通過提高電容的等級,可以一定

16、程度上彌補這種缺陷.一般情況下使用16v,3300uF左右的輸入電容替換是沒有審麼問題的.主板的電容要求精度比較高,日產電容如Rubycon,Nichicon等,精度都非常好,壽命也比較長,而港產和臺產的就要差一些,通常臺產Gluxcon和Rubycon比較,相同容量,大概值能達到80%左右,也就是說,把3300uF的當2200uF用就好了.,2023/9/27,MSIK DQA2專用,36,關于電容暴漿,現象：膨脹、破裂、電解液溢出。考慮：對於發生電容爆漿這樣的事件,要從多方面考慮,開關電路是否短路,是否有開關管損壞,輸入的電源質量如何以及電容的品質及老化問題.原因：電容爆漿是由於電容發熱引起的,發熱是由大電流引起的,不正常的大電流一般是由於用電組件短路或超壓導致電容級間擊竄短路.一般情況下,輸出電容不容易爆漿爆漿的大部分是輸入電容,這部分電容的工作電壓高達12v,開關脈沖會達到工作電壓的的25倍.EX:P4 2v,輸入電容耐壓至少2*22*5即410v(6.316v),2023/9/27,MSIK DQA2專用,37,尾聲,Thank you!,