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薄膜电容与电解电容对比优点
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薄膜电容与电解电容对比优点
官方公共微信关于交流/直流电容的知识
关于交流/直流电容的知识
&&& 理论上,电容没有直流交流之分。它的特性(或者说作用)就是：隔直通交。但是,因为电解电容的出现就诞生了所谓交流电容和直流电容的区别，总体上分别用于不同的特性要求下:
&&& -交流电容:无极性电容
&&&& 电容量小,耐压高
&&& -直流电容：极性电容（就是电解电容）
&&&& 电容量大，耐压低
&&&& 实际工作中，通常会有介绍说电解电容有正、负极，只能用在直流电路，是直流电容；还有一种无正、负极的电容，可以用在交流电路，是交流电容。
&&& 从专业角度看，我们一般不叫交流电容，而是称之为无极性电容。从字义上就可以看出来，它是可以不分极性的，所以交流和直流都可以用，举个列子来说吧，我们一般在整流出来后会并一个电解电容，也就是你说的直流电容来滤波，为得到更干净的直流电压，我们还会并一个高频电容来滤除高频杂波，也就是一个瓷片电容，这个瓷片也就是无极性电容。&&& 但是无极性电容一般容量都不是很大，如果是大容量的，比如说在轮船上使用的蓄电电容，一般个头都很大，一个2KV 500UF的电容都有差不多10公斤重了。但是它具备一个非常好的特点，就是耐压可以做得很高，并且损耗非常小。长时间运行稳定等特点。
&&& 而电解电容就是直流电容，它的容量很高，但是耐压相对比较小。而且容量和耐压会随使用时间而损耗。而钽电容的出现恰好的解决了这个问题，钽电容全称是钽电解电容，也属于电解电容的一种，使用金属钽做介质，不像普通电解电容那样使用电解液，钽电容不需像普通电解电容那样使用镀了铝膜的电容纸烧制，电阻本身几乎没有电感，但也限制了它的容量。此外，钽电容内部没有电解液，很适合在高温下工作。
&&& 钽电容的特点是寿命长、电容器耐高温、准确度高、滤高频改波性能极好，不过容量较小、价格也比铝电容贵，而且耐电压及电流能力较弱。三极管它被应用于大容量滤波的地方，像CPU插槽附近就看到钽电容的身影，多同陶瓷电容、电解电容配合使用或是应用于电压、钽电容电流不大的地方。
&&& 这几年，又出现了一种电容，被主板厂商炒得很热，就是固态电容。如同钽电容是一种特殊的电解电容一样，其实他也是一种电解电容，全称叫“固态铝聚合物电解电容”，或者干脆叫“固态铝质电解电容”（相对于传统电解电容的液态铝质电解电容）。因为没有电解液，而是用PEDT聚合物作为阴极介质（以上这些名词，非专业的同志们可别深究，那可是可以写好几篇论文的），且PEDT很怪，是不溶于水的固体，所以有“固态”一说。据说现在也有在钽电容内以高纯度的PEDT作阴极层以改善其性质的。太过专业，这里就不介绍了。
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薄膜电容替代电解电容在DC-Link电容中的运用分析
随着各国出台新能源相关政策以及新能源产业的发展，该领域的相关产业的发展也带来了新机遇，电容器作为必不可少的上游相关产品行业也获得了新的发展机遇。在新能源及新能源汽车运用中，电容器在能源控制、电源管理、电源逆变以及直流交流变换等系统中是决定变流器寿命的关键元器件。变流技术在上述系统中普遍得到运用，然而在逆变器中直流电作为输入电源，需通过直流母线与逆变器连接，该方式叫作DC-Link或直流支撑。因逆变器在从DC-Link得到有效值和峰值很高的脉冲电流的同时，会在DC-Link上产生很高的脉冲电压使得逆变器难以承受。所以需要选择DC-Link电容器来连接，一方面以吸收逆变器从DC-Link端的高脉冲电流，防止在DC-Link的阻抗上产生高脉冲电压，使逆变器端的电压波动处在可接受范围内;另一方面也防止逆变器受到DC-Link端的电压过冲和瞬时过电压的影响。
为新能源(含风力发电和光伏发电)以及新能源汽车电机驱动系统中DC-Link电容器的运用示意图图1、2.
图1为风力发电变流器电路拓扑图，其中C1为DC-Link(一般整合到模块上)，C2为IGBT吸收，C3为LC滤波(网侧)，C4转子侧DV/DT滤波。图2为光伏发电变流器电路拓扑图，其中C1为DC滤波，C2为EMI滤波，C4为DC-Link,C6为LC滤波(网侧)，C3为DC滤波，C5为IPM/IGBT吸收。图3为新能源汽车系统中主电机驱动系统，其中C3为DCLink,C4为IGBT吸收电容。
在上述提到的新能源领域运用中，DCLink电容作为一个关键器件，不管是在风力发电系统、光伏发电系统还是在新能源汽车系统中都要求高可靠性及长寿命，其选型显得尤为重要。下面介绍薄膜电容与电解电容的特性对比及在DC-Link电容运用中两者的分析对比：
1.特性对比
1.1 薄膜电容
首先介绍薄膜金属化的原理，薄膜金属化技术的原理：在薄膜介质表面蒸镀上足够薄的金属层，在介质存在缺陷的情况下，该镀层能够蒸发并因此隔离该缺陷点起到保护作用，这种现象被称作自愈。图4为金属化镀膜的原理图，蒸镀前薄膜介质先进行前期处理(电晕或其他方式)以便金属分子能够附着在上面。金属通过在真空状态下高温溶化蒸发(铝的蒸发温度1400摄氏度~1600摄氏度，锌的蒸发温度400摄氏度~600摄氏度)，当金属蒸气遇被冷却的薄膜后凝结在薄膜表面(薄膜冷却温度-25摄氏度~-35摄氏度)，从而形成金属镀层。金属化技术的发展提高了单位厚度的薄膜介质的介电强度，干式技术脉冲或放电运用电容设计可以达到500V/&m,直流滤波运用电容设计可以达到250V/&m.DC-Link电容属于后者，根据IEC61071对于电力电子运用电容的要求可以承受较为苛刻的电压冲击，可以达到2倍的额定电压。因此使用者只需考虑其设计所需的额定工作电压就可以了。金属化薄膜电容器具有较低的ESR,使其能承受较大的纹波电流;较低的ESL满足逆变器的低电感设计要求，减少了开关频率下的震荡效应。
薄膜介质的质量、金属化镀层质量、电容器设计及制造过程工艺决定了金属化电容器自愈特性的好坏。Faratronic生产的DC-Link电容用的薄膜介质主要为OPP薄膜。
1.2 电解电容
电解电容使用的介质为铝经过腐蚀形成的氧化铝，介电常数为8~8.5,工作的介电强度约为0.07V/A(1&m=10000A)，按照计算对于900Vdc的电解电容需要的厚度为12000A.然而要达到这样的厚度是不可能的，因为为了获得好的储能特性所用铝箔要进行腐蚀形成氧化铝膜，表面会形成许多凹凸不平的曲面，铝层厚度会降低电解电容的容量系数(比容)。另一方面，低电压的电解液电阻率为150&Ocm,高电压(500V)的电解液的电阻率则达到5k&Ocm.
电解液较高的电阻率限制了电解电容所能承受的有效值电流，一般为20mA/&F.
基于上述原因电解电容的设计最高电压典型值为450V(有个别厂家设计600V)。
因此，为了获得更高的电压必须用电容器串联实现，然而因各个电解电容的绝缘电阻存在差异，为了平衡各串联电容的电压，各电容必须连接一个电阻。此外，电解电容为有极性器件，当施加反向电压超过1.5倍Un时，会发生电化学反应。当施加的反向电压时间足够长，电容将发生爆炸，或冒顶电解液将外溢。为了避免该现象发生，使用的时候要在每个电容旁并上一个二极管。除此之外，电解电容的耐电压冲击特性，一般为1.15倍Un,好的可以达到1.2倍Un.这样设计师在使用时就不但要考虑稳态工作电压大小，而且还要考虑其冲击电压大小。
综上所述，可以得出薄膜电容与电解电容如下特性对比表，见表1.
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Bypass电容与去耦电容的区别
时间: 20:23
来源:电工之家
作者:编辑部
【摘要】Bypass旁路电容和去耦电容都是储能，提供和吸收瞬间的充放电电能，过滤产生的高频噪声。而它们的区别在于哪呢？我们一起来看看分析： 1）去耦（电源端） 去耦电容一般是接在正负电源之间，滤波作用.（也是一个牛人）说过在对电源布线的时候，优先让电源导线......
Bypass旁路电容和去耦电容都是储能，提供和吸收瞬间的充放电电能，过滤产生的高频噪声。而它们的区别在于哪呢？我们一起来看看分析：
1）去耦（电源端）
去耦电容一般是接在正负电源之间，滤波作用.（也是一个牛人）说过在对电源布线的时候，优先让电源导线经过去耦电容
去耦电容在集成电路电源和地之间的有两个作用：一方面是本集成电路的蓄能电容，另一方面旁路掉该器件的高频噪声(c对高频阻力小，将之泻至GND)。
1.数字电路中，当电路从一个状态转换为另一种状态时，就会在电源线上产生一个很大的尖峰电流，形成瞬变的噪声电压。，会影响前级的正常工作。这就是耦合。
对于噪声能力弱、关断时电流变化大的器件和ROM、RAM等存储型器件，应在芯片的电源线（Vcc）和地线（GND）间直接接入去耦电容。
2.关于去耦电容蓄能作用的理解
1）去耦电容主要是去除高频如RF信号的干扰，干扰的进入方式是通过电磁辐射。
&&&&& 而实际上，芯片附近的电容还有蓄能的作用，这是第二位的。
&&& ，在频率很高的情况下，阻抗Z＝i*wL+R，线路的电感阻碍电流的作用非常大，& 会导致器件在需要电流的时候，不能被及时供给,去耦电容可以弥补此不足。
&&& 这也是为什么很多电路板在高频器件VCC管脚处放置小电容的原因之一& （在vcc引脚上通常并联一个去藕电容，这样交流分量就从这个电容接地。）
2）有源器件在开关时产生的高频开关噪声将沿着电源线传播。去耦电容的主要功能就是提供& 一 个局部的直流电源给有源器件，以减少开关噪声在板上的传播和将噪声引导到地
我们经常可以看到，在电源和地之间连接着去耦电容，它有三个方面的作用：一是作为本集成电路的蓄能电容；二是滤除该器件产生的高频噪声，切断其通过供电回路进行传播的 通路；三是防止电源携带的噪声对电路构成干扰。
数字电路中典型的去耦电容值是0.1&F。这个电容的分布电感的典型值是5&H。
0.1&F的去耦电容有5&H的分布电感，它的并行共振频率大约在7MHz左右，也就是说，对于10MHz以 下的噪声有较好的去耦效果，对40MHz以上的噪声几乎不起作用。
1&F、10&F的电容，并行共振频率在20MHz以上，去除高频噪声的效果要好一些。
每10片左右集成电路要加一片充放电电容，或1个蓄能电容，可选10&F左右。最好不用电解电容，电解电容是两层薄膜卷起来的，这种卷起来的结构在高频时表现为电感。要使用 钽电容或聚碳酸酯电容。去耦电容的选用并不严格，可按C=1/F，即10MHz取0.1&F，100MHz取0.01&F。
2）旁路（信号端）
旁路电容一般是接在信号端对地的，有抗干扰或降低噪声作用；
旁路：从元件或电缆中转移出不想要的共模RF能量。这主要是通过产生AC旁路消除无意的能量进入敏感的部分，另外还可以提供基带滤波功能（带宽受限）。
旁路电容的主要功能是产生一个交流分路，从而消去进入易感区的那些不需要的能量。
旁路电容一般作为高频旁路器件来减小对电源模块的瞬态电流需求。
通常铝电解电容和钽电 容比较适合作旁路电容，其电容值取决于PCB板上的瞬态电流需求，一般在10至470&F范围内。
若PCB板上有许多集成电路、高速开关电路和具有长引线的电源，则应选择大容量的电 容。
Eg ： 只需要低频信号，就再下级电路并联一个 C ，将上级电路的高频干扰信号 泻至&&
2.旁路电容和去耦电容的区别
&&& 在电子电路中，去耦电容和旁路电容都是起到抗干扰的作用，电容所处的位置不同，称呼就不一样了。
对于同一个电路来说，
旁路（bypass）电容是把输入信号中的高频噪声作为滤除对象，把前级携带的高频杂波滤除，
去耦（decoupling）电容也称退耦电容，是把输出信号的干扰作为滤除对象。
旁路是把输入信号中的干扰作为滤除对象，而去耦是把输出信号的干扰作为滤除对象，防止干扰信号返回电源。这是他们的本质区别。
只是旁路电容一般是指高频旁路，也就是给高频的开关噪声提高一条低阻抗泄防途径。高频旁路电容一般比较小，根据谐振频率一般是0.1u，0.01u等 ，而去耦合电容一般比较大，是10u或者更大，依据电路中分布参数，以及驱动电流的变化大小来确定。