电容的类型和使用时注意事项

电容可以说是硬件工程师最熟悉的元件了，每块儿电路板基本都会用到一些。电容的原理非常简单，而且价格便宜，在成本中所占比例很小，所以常常被忽视。然而，如何正确地选择和使用电容，却是十分重要的，稍不注意，就会带来意想不到的大问题。就像我们之前的一篇文章看到的，在家用的照明电路中，因为一个电解电容太靠近发热元件而很快失效，导致整个产品故障。如果我们留心观察，这种案例还是挺多的。在此我们从实际应用出发，介绍一下电容的类型，以及在产品中使用时要注意哪些问题。

实际产品中电容失效导致产品故障

选电容式要考虑的因素：

容量，精度，体积和成本

根据需要选取相应等级的电容

‌F级电容：精度在±1%以内

‌G级电容：精度在±2%以内

‌H级电容：精度在±3%以内

‌J级电容：精度在±5%以内

‌K级电容：精度在±10%以内

‌M级电容：精度在±20%以内

实际电容量并非总是标称值，会随着施加的电压不同，温度的变化而有所变化。随时间老化，电容值也会变小。

工作电压 (Rated Voltage)

指持续施加的电压。除工作电压外，有的手册还会标出耐压值，就是在一个持续时间比较短的脉冲电压下，也不会导致电容的损坏。比如电容工作电压是10V，一个持续几秒的20V电压可能也不会导致电容损坏。

工作温度，存储温度

要考虑容量在全温度范围内的变化量。

不同的组织有不同的分类方法，一般可以通过以下标识分辨电容的温度特性好坏：

C0G(NP0) 温度特性非常好，电容量基本不随温度变化。

X7R，工作温度-55℃~125℃，±15%精度。

X5R，工作温度-55℃~85℃，±15%精度。

Y5V，工作温度-30℃~85℃，-82%+22%精度。

Z5U，工作温度+10℃~85℃，-56%+22%精度。

等效串联电阻ESR

理想电容不会损耗能量，但电容的绝缘介质是有损耗的，电极电阻也不可能是0，所以像串联了一个小电阻。这个等效串联电阻是毫欧级别，随工作频率会有波动。

漏电流Leakage Current

理想电容两极间不应有电流流过，但实际电容电极之间的介质,并非是绝对绝缘的。漏电流跟电容的类型，工作电压关系较大，一般耐压越高的电容，漏电流越大。电容漏电流在微安到几个毫安级别。

品质因数

作为储能元件，我们希望电容储存电量的能力大，本身损耗电量小。品质因数Q值，为这两者的比值，高频电路中我们尤其希望选用高Q值的电容。

工作寿命

电容值会随着使用时间变小。超范围的工作电压，温度，震动等会影响电容寿命，甚至失效。

电容的分类

MLCC电容(Multi-Layer Ceramic Capacitors)

属于陶瓷电容的一种。通常采用镍、钯-银合金、钯等高熔点金属作电极，陶瓷作介质，多层叠加以获得大容量。MLCC以其小体积低成本，占据了大部分电容市场。MLCC电容的容量和耐压，相对来说低一些。

(图片来源Murata官网)

铝电解电容

阳极为铝，中间是氧化铝膜作为介质，阴极是液体或固体。

最常见的是电解液型，需要密封起来，特点是容量大，耐压高。现在采用固态聚合物作电解质的电容成本不断下降，采用的也越来越多。因为大容量低成本，在电气设备中大量使用。

钽电容

钽电容也是电解电容，它使用金属钽作阳极，聚合物作为阴极。同样容量，钽电容比铝电解体积小很多。钽电容温度特性很好，可以在极端温度下工作，而且有自修复特性，寿命长，所以在军工航天领域应用较多。缺点就是容量做不大，耐压耐电流差一些，价格也较贵。

薄膜电容

在两个电极之间，加入一层薄膜(如聚酯薄膜，聚丙烯薄膜)，特点是耐压高(几百至上千伏)，大容量，但体积很难做小，一般用在强电电路中。

其他电容

按介质或使用用途，还有纸介电容，云母电容，玻璃釉电容，铌电解电容，安规电容，法拉电容等，我们在此就不一一介绍。

使用电容注意事项

不能把电容当作理想元件

现实中的电容由于引线，介质的非理想性，在一个电容器件中存在电感特性，电阻特性，而且有一定损耗。对于一个特定的电容，当频率低于某个值时元件呈容性，当频率高于此频率时原件呈感性。这个频率为此电容的自谐振频率。

当我们用一个0.1uF 和一个0.01uF 的电容并联时，可以拓宽了滤波频率范围。

(此图片使用Simsurfing 工具生成)

温度冲击和机械冲击

要考虑所选电容是否能经受温度骤变，剧烈震动。电解电容，特别是使用电解液的电容，摆放应远离发热元件。电容封装越大，越容易因机械应力而失效，摆放位置应考虑避免应力损伤。

选取适当工作电压

电解电容一般有正负极，不要接反了。当然无极性电解电容不分极性。工作电压应留有一定裕量，但对于电解电容，如果工作电压远小于额定电压，也容易导致电容老化，缩短寿命。

多个小电容并联替代大电容

用多个小电容并联，可以得到等效大容量，同时ESR将大为降低，可以降低成本。

漏电流

在低功耗等应用中，应选取漏电流小的电容。

啸叫

有的电容介质具有压电效应，在工作时与电路板共振可能产生啸叫。静音设备应该避免。

最后，也最重要的是：像其它元件一样，完全相信手册，不如没有手册。手册指标相同的两种电容，在实际使用中可能是天差地别！