原创:Alan Yang@DigiKey得捷电子薄膜电容关键特性由于薄膜电容以下特点,输入滤波电路中经常会用到薄膜电容:01 薄膜电容对比其他类型的电容的优势更低的寄生效应,在温度和频率上表现出非常稳定
耐高纹波电流能力自修复特性
图 1 薄膜电容结构(图片来源于Yageo的R46系列 的数据手册)当有强制性的特殊安全要求时,该特性保证了整个产品工艺链的高可靠性其他技术虽然也可以制造可靠的电容但在制造后,如在PCB或设备安装过程中,可能会出现其他问题。
此外,薄膜电容器的故障模式是容值下降或开路模式,这使得它们非常适合需要安全和可靠性的场合然而,不同电介质材料的薄膜电容的特性,也会有所不同比较全面不同介质类型的薄膜电容,其耐温表现以及高频应用下的表现都不一样。
了解每种薄膜材料的优缺点,才能更好地找到适合项目的薄膜电容02 薄膜电容四种常见电介质材料对比薄膜电容,常见的4种电介质材料:简写英文名中文名PETPolyethylene Terephthalate聚对苯二甲酸乙二醇酯
PENPolyethylene Naphthalate聚萘二甲酸乙二酯PPSPolyphenylene Sulfide聚苯硫醚PPPolypropylene Metallized金属化聚丙烯03 Digi-Key介电材料选择
在Digi-Key网站,可以根据产品的介电材料来选择合适的薄膜电容
Digi-Key薄膜电容(直插封装)Digi-Key薄膜电容(贴片封装)1四种电介质材料特性对比:材料属性PPPETPENPPS优势在特定温度频率范围内,高电流、高电压稳定性高容值密度高工作温度高容值密度高工作温度
非常稳定精密公差高工作温度限制高温不适合高频率不适合高频率不适合高成本应用交直流高功率脉冲X&Y EMI抑制直流和交流低功率旁路、隔离耦合与去耦定时和滤波器直流低功率旁路、隔离耦合与去耦定时和滤波器直流低功率高温
定时,过滤器振荡电路(资料来源于Yageo)2四种电介质材料属性数对比:属性PPPETPENPPS介电常数(1kHz)2.23.333商业最小厚度(um)1.90.71.41.2DF(%在1kHz时)0.02
0.450.330.05Tcc(Dc/c)-55°C to +125°℃+1,-3%-5,+12%-2,+3%±1%最低温度(°c)-55-55-5555典型最高温度(℃)105125125125最大延伸温度(c)
12515020020o介电击穿(v/um)400280300220熔化温度(c)178254266283回流和多次回流不适用245245-255260自恢复高中中-低低典型工作电压 V/um60-220
50-7050-7013-50最大 DC 电压20001000250100(资料来源于Yageo)根据这个表格,可能会发现PET或许是电压、温度和介电常数最佳组合的材料同时PET也是最常见的薄膜电容介电材料,耐高低温,我们也称他们为涤纶电容(Polyester Capacitor)。
3容值随温度频率的变化:薄膜电容的容值受温度的影响根据用作电介质的塑料膜的类型,容值得变化率会有所不同使用PPS,容值几乎不会发生变化对于PET,这种变化的特征是正温度系数,而对于PP,则是负温度系数
图 3 不同材料薄膜电容,容值随温度频率变化 (图片来源于TDK)也有复合电容器使用具有相反热系数的材料组合来稳定电容电容也会根据频率而变化,如下图所示PPS的一个特点是它的热特性和频率特性都很好4tanδ随温度频率的变化:
tanδ反应的是电容电介质内单位体积中能量损耗的大小,tanδ越小,说明薄膜电容的品质越好如何计算tanδ电容等效串联电阻(ESR)是一个很重要的参数, 我们可以通过物料损耗角(δ)的相关信息来计算ESR值。
电容的总复阻抗在实-复数平面上表示为实数分量(ESR)和复数(无功)分量的矢量和,用以表示“理想”电容(ESR等元素在所有实际分量中均混合使用)总阻抗与其复数分量之间的角称为“损耗角” (即tanδ ),该数值用于概括电容总阻抗的理想和非理想分量之间的比值。
根据tanδ,我们可以通过下面公式计算出计算电容ESR。
tanδ随温度频率的变化tanδ倾向于随着频率增加而增加, 但随着温度增加对于PP材质薄膜电容最不明显。
图 4 不同材料薄膜电容,tanδ随温度频率变化 (图片来源于TDK)因此,PP材质薄膜电容适用于大电流应用小贴士:薄膜电容使用时的注意事项-额定电压额定电压即恒定基础上施加到电容器的最大电压额定电压可用于直流和交流。
对于薄膜电容,直流和交流额定电压通常在几十到几百伏的范围内用于电力系统的高压类型的交流电压额定值可以到几千伏或更高交流额定值是假定仅用于处理交流电流的电路中的电容电压当用于交流时,如果施加的电压超过一定水平,则会发生电晕放电。
持续电晕放电可能导致绝缘击穿由于额定电压有随温度升高而下降的趋势,因此必须选择具有余量的电容我们以R74系列举例:
在R74数据手册中,我们可以看到,当温度超过85度时,额定电压每升一度,建议降低1.25%高频电流或纹波电流会导致薄膜电容的自发热通常温升可能会保持在5至10°C之间,但必须注意环境温度加上自加热温度不得超过电容器的使用范围。
5最后总结一下:介质材料特性总结PET最常见的薄膜电容器耐高温和低温,成本低PEN高容值密度,高工作温度PPS良好的耐热性和热特性,但价格较高PP高绝缘电阻,低tanδ(损耗),适用于高电流,但耐热性稍低。
多年来,薄膜电容一直用作EMI滤波器中的X和Y 电容,并大量应用在工业和消费者应用中了解不同材料薄膜电容特性,有助于更快地找到合适的薄膜电容小编的话:作为一种在消费和工业系统中广泛应用的元件,薄膜电容是一种性能优秀的电容器。
要选用好薄膜电容,需要对其特性有着充分的了解相信通过这篇文章的介绍,我们对薄膜电容器件的不同介质以及其对应的特性有了更多的了解您对薄膜电容的介质、特性和选用有哪些心得和经验?欢迎留言,分享和交流!最后,如果你喜欢这篇文章,快分享给更多的小伙伴吧! 切记点个赞哦!
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