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前言

本文将详细介绍电容的原理、种类、应用选型。

一、电容原理

1.原理

库仑定律是静止点电荷相互作用力的规律。1785年由法国科学家库仑根据实验得出，真空中两个静止的点电荷之间的相互作用力与它们的电荷量的乘积成正比，与它们的距离的二次方成反比，作用力的方向在它们的连线上，同名电荷相斥，异名电荷相吸。
库仑定律的数学表达式：

其中r12为两者之间的距离； 为从q1到q2矢径方向的单位矢量；k为库仑常数（静电力常量）。
根据库伦定律，如果两个异性电荷靠近，则他们之间会产生相互作用力。如果把正负电荷分别储存在两个平行放置的导体上，那么在外部情况相同时，两个导体上能够储存的电荷数量与F12有关,F12越大则存储的电荷越多。两个导体的距离越近，则引力越大,存储的电荷越多。同时，由于同性相斥，因此在一个导体上能够容纳的电荷数量是有限的，导体的面积越大，能够容纳的电荷数量越多
电容最简单的结构可由两个相互靠近的导体平面中间夹-层绝缘介质组成。当在电容两个极板间加上电压时，电容就会储存电荷，所以电容是个充放电荷的电子元器件。 电容量是电容储存电荷多少的一一个量值。 平板电容的电容量可由公式计算得出C=Q/U=εS/4πd
式中,C为电容量，单位为F;Q为一个电极板上储存的电荷，单位为C;U 为两个电极板上的电位差,单位为V;e为绝缘介质的介电常数;s为金属极板的面积，单位为m’;d为导体间的距离，单位为m。从式中可以看到，一.个电极板上储存的电荷Q是结果，由内因和外因决定。内因就是C，即电容本身容纳电量的能力;外因就是外部的电压，即外部对电荷施加的压力。同时，在相同电压的情况下，一个电容能够容纳的电量是一定的,用电容值表示，导体的面积S和导体间距d会影响电容的电容值。人们发现在两个导体中间放上不同的物质也会影响电容值，此时式中的ε发生了变化。
电路中常用的电容其实就是运用了上述基本原理，电容就是两个导体中间夹一个绝缘体构成的电子元器件，就像三明治一样。如果两个导体平行放置，那么它们所占的面积会非常大,将不利于焊接、安装、保存、运输等操作。考虑到可靠性、体积、稳定度等原因，一般不会使用平板电容(两个导体平面结构的电容)。除平板电容外,还有其他类型的电容,最常用的是陶瓷电容、电解电容、固体电容等。铝电解电容就是把两个平面卷起来。
根据国际规定，如果一个电极板所带的电荷为1C，两个电极板之间的电位差为1V，则此时电容的容量为1F。

低频：集总参数模型

高频：分布参数模型

2.公式

电容的电势能计算公式：E=CU2/2=QU/2
多电容器并联计算公式：C=C1+C2+C3+…+Cn
多电容器串联计算公式：1/C=1/C1+1/C2+…+1/Cn
三电容器串联 C=(C1C2C3)/(C1C2+C2C3+C1*C3)

二、电容种类

1.结构

1、固定电容

固定电容就是电容量固定的电容

2、可变电容

它由一组定片和一组动片组成，它的容量随着动片的转动可以连续改变。把两组可变电容装在一起同轴转动，叫做双连。可变电容的介质有空气和聚苯乙烯两种。空气介质可变电容体积大，损耗小，多用在电子管收音机中。聚苯乙烯介质可变电容做成密封式的，体积小，多用在晶体管收音机中

3、微调电容

让两极板的距离，相对位置或面积可调的一种电路调节原件，它的中间填充介质有空气,陶瓷 云母薄膜等，主要用来调整谐振频率。

2.介质材料

1、气体介质电容

气体介质电容器是一种由两片接近并相互绝缘的导体制成的电极组成的储存电荷和电能的器件，气体介质电容总体上使用非常少，其中使用较多的是空气介质可变电容，由于空气的介电常数比较小，因此空气介质可变电容容值非常小，可变电容量为100-1500pF，主要用途为射频领域，共振频率调谐收音机、射频匹配网络、磁共振成像。

1、空气电容

空气介质可变电容器就是以空气为介质的电容器，由多片可180°转动的动片与多片固定的定片组成，它的电容量在一定范围内连续可调。空气介质可变电容器具有能精确调节电容量、介质损耗小、稳定性好、寿命长、体积较大、绝缘电阻高等特点。一般用在收音机、电子仪器、通信设备及有限广播电视等电子设备中。

2、真空电容

真空电容器就是以真空作为介质的电容器。这种电容器的电极组是采用高导无氧铜带通过一整套高精度模具一道道引伸而形成的一组同心圆柱形电极被密封在一个真空容器中。因此其性能稳定可靠，不容易产生飞弧、电晕等现象.
真空电容器与其他介质的电容器相比，具有耐压高、体积小、损耗低、性能稳定可靠等特点。独特之处有以下几方面：1、额定电压。由于真空的高绝缘强度，加之防尘污染，防潮等特性，使对于一定尺寸和容量来说真空电容器具有大的额定电压值。高的可达几十万伏。2、损耗小，额定电流大。由于电容器采用真空介质和低损耗的绝缘外壳及无氧铜电极结构，在一般对流冷却情况下，即使在很高的频率下，也能通过很大的射频电流。如果采用特殊水冷却结构，射频电流可达上千安培。3、节省空间。对于给定的电容量和额定电压值真空电容器所占空间最小。4、调节范围宽。最大容量和最小容量比值高达150：1，可由几个皮法到几千皮法，成为用于宽调谐范围的理想元件。5、对过电压有自愈能力。真空电容器能承受瞬时的过电压，而对其他电容器来说，将会造成永久性破坏。6、高海拔工作能力。真空密封可以使真空电容器工作在高海拔地区而不致使其特性降低。

3、充气式电容

2、固体介质电容

1、无机

1、云母电容

云母电容是用金属箔或者在云母片上喷涂银层做的电极板，极板和云母一层一层叠合后，再压铸在胶木粉或封固在环氧树脂中制成。它的特点是介质损耗小，绝缘电阻大、温度系数小，适宜用于高频电路。

2、陶瓷电容

陶瓷电容是指用高介电常数的电容器陶瓷钛酸钡一氧化钛挤压成圆管、圆片或圆盘作为介质，并用烧渗法将银镀在陶瓷上作为电极制成。
相比其他电容，陶瓷电容可以做到更小的体积、更大的电压范围，且价格相对较低。陶瓷电容体积小，容易集成，性价比高,因此其市场占比不断提升。因此,小型化趋势下对小体积陶瓷电容需求巨大。目前，陶瓷电容已经占据了所有电容种类中最多的市场份额。
陶瓷电容按结构的不同可分为单层陶瓷电容(瓷片电容)和独石电容。其中，独石电容可分为引线型多层陶瓷电容和MLCC。独石电容和瓷片电容的区别是:独石电容是由多层介质和多对电极构成的;而瓷片电容-般是由一层介质和一对电极构成的。独石电容和瓷片电容的外观区别是:独石电容由陶瓷贴片电容焊引线后烧结而成，一 般是方形，而瓷片电容是片状、大多是圆片形状。从容量和耐压上看、独石电容和瓷片电容的区别是同体积下.独石电容的电容量远远大于瓷片电容的电容量，而瓷片电容的耐压高于独石电容的耐压。

1、瓷片电容

瓷片电容以陶瓷为介质、在陶瓷表面涂覆一层金属溥膜、经过高温烧结后形成电极。由于瓷片电容电极的面积比较小、因此其容量比MLCC要小(小于0.1μF)。其主要优点是耐高压，耐压值可以达千伏、适合作高压电容。瓷片电容通常用作安规电容、可以耐250V交流电压。
瓷片电容通常用在高稳定振荡回路中，作为回路、旁路电容。瓷片电容分为高频瓷片电容和低颇资片电容。高频瓷片电容体积小、稳定性高、高频特性好、损耗小、绝缘强度高、结构简单，可以做成不同温度特性的电容，主要用于电子设备中的高频电路和高频高压电路。低频瓷片电容体积小、容量大、单稳定性差、损耗角较大，主要用于低频旁路、隔直及滤波电路。
瓷片电容特点：
(1)体积小，高频特性好。
(2)比独石电容耐压高
(3)容量小，容量最大只有0.1uF
(4)比独石电容价格低

2、独石电容

独石电容分为引线型多层陶瓷电容和片式多层陶瓷电容（（Multi-layer Ceramic Capacitors）以下简称MLCC）。引线型多层陶瓷电容与MLCC两者原理相同，只是封装有差异。MLCC是目前世界上使用量最大的电容，其具有标准化封装,尺寸小，适用于高密度贴片场景。MLCC还具有体积小、容量大、机械强度高、耐湿性好、内感小、高频特性好可靠性高等一系列优点，并且可制成不同容量温度系数、不同结构形式的片形、管形、穿心形及高压的小型独石电容。各种类型的独石电容被作为外贴元件广泛地应用于混合集成电路和其他小型化、可靠性要求高的电子设备中，其技术、质量水平的高低对于一个国家的电子信息产业的制造水平有着重大的影响。
独石电容特点：
(1)电容量大，电容量稳定，容量范围一般为10pF ~ 100uF，一些厂家最大可以达到330uF。
(2)体积小
(3)耐高温、耐湿性好
1、MLCC
MLCC是由印刷了内电极浆料的陶亮介质膜片以错位的方式叠合起来，经过一次性高温烧结形成陶瓷芯片，再在芯片的两端封上金属层(端电极/外电极)。MCC的品种繁多，外形尺寸相差甚大，从小型封装的贴片电容到大型的功率陶瓷电容。MICC按使用的介质材料特性可分为I型和II型电容;按电极材料可分为贵金属电极(Precious Metal Electrode,PME)和贱金属电极(BaseMetal Electrode,BME);按无功功率大小可分为低功率和高功率陶瓷电容;按工作电压可分为低压和高压陶瓷电容。
简单平行板电容的基本结构是一一个绝缘的中间介质层加上外部两个导电的金属电极。从结构上看，MLCC是多层叠合结构，可简单认为它是多个简单平行板电容的并联体。在制造MLCC的过程中，可能会选择不同的介质材料和内电极材料，以及连接内电极的端电极/外电极。MLCC的主要组成部分有介质材料、内电极、端电极/外电极、隔离层和锡层。MLCC 的原理与结构如图所示。

(1)介质材料
陶瓷介质电容器的绝缘体材料主要使用陶瓷，其基本构造是将陶瓷和内部电极交相重叠。陶瓷材料种类较多，自从考虑电子产品无害化特别是无铅化后，高介电常数的含铅材料退出陶瓷电容器领域，现在主要使用TiO2、 BaTiO3、CaZrO3（锆酸钙）等。
陶瓷的介电常数可以实现比较大的值，且可以通过材料的选择实现比较大的跨度范围。列举了几种不同材料的介电常数。

从表中可以看出，陶瓷作为电介质材料具有很大的介电常数。由于陶瓷原材料丰富，结构简单，价格低廉，而且电容量范围较宽(一般为 几皮法到上百微法)，损耗较小，因此电容的温度系数可根据要求在很大范围内调整，即MLCC可以按照需要调整温度系数,但是会牺牲其他参数。
MLCC按电介质分类可分为以下两类。
一类为温度补偿类NP0电介质。使用这种电介质的电容电气性能最稳定,基本上不随温度电压时间的变化而变化，属超稳定、低损耗电容材料类型。这类电容称为I类电容(低电容率系列),使用在对稳定性、可靠性要求较高的高频、特高频、甚高频电路中。
另一类包括X7R、X5R .X8R、X6S、Y5V等，主材均是BaTiO3,只是添加的贵金属不同,这类电容称为II类电容(高电容率系列)。下面以X7R和X5K电介质为例进行介绍。
X7R电介质:由于X7R是一一种强电介质,因此它能制造出容量比NP0介质更大的电容。这种电容性能较稳定，随温度、电压、时间的改变，其特有的性能变化并不显著，属稳定电容材料类型,使用在隔直、耦合、旁路、滤波电路及可靠性要求较高的中高频电路中。
Y5V电介质:介电常数较大，常用于生产比容较大、标称容量较大的大容量电容。但其容量稳定性较X7R差，容量、损耗对温度、电压等测试条件较敏感，主要用在电子整机中的振荡、耦合、滤波及旁路电路中。
I类电容(低电容率系列)和II类电容(高电容率系列)根据温度特性还可以进一步细分 ，温度特性由EIA(美国电子工业协会)规格与JIS(日本工业标准)规格等制定。

I类电容的长处是由温度引起的容量变化小，短处是因电容率低不能具有太大容量,因此I类电容常用于温度补偿、高频电路和滤波器电路等; Il类电容的长处是因电容率高能够具有大容量，短处是由温度引起的容量变化大，因此II类电容常用于平滑电路耦合电路和去耦电路等。
（2）内电极
电极分为两部分，即内电极和外电极（又称端电极）。
内电极是相互平行的金属平面。内电极主要用来储存电荷，其有效面积的大小和电极层的连续性是影响电容质量的两大因素。
外电极就是将内电极并联在一起的金属部分，并让电容与外界电路连接。
内电极越密集，总的平板电容的平板面积就越大，平板的间距越小，则电容的容值越大。通过陶瓷介质的薄层化技术，可以逐步减小介电层厚度。
为什么现在MLCC可以实现这么密集的内电极呢？这是由于多层化技术，材料的微粉化、分散化技术的运用。目前电介质或内部电极材料（镍）实现了微粉化、分散化，介质层的尺寸达到了纳米级别，同时还使用了先进的涂抹工艺与厚膜印刷工艺：利用特殊的超微细丝网在内部电极印刷。
陶瓷粉的微粒化，可以提高元器件的均质性，改善元件的致密性。镍粉的微粒化，可以通过提高填充率以实现薄层化，减少凹凸。
MLCC按电极材料可以分为两类：贵金属电极和贱金属电极。
贵金属电极：一般内电极是钯、钯银合金，外电极是银。
贱金属电极：一般内电极时铜镍等，外电极是铜。厂家会把电极材料从里到外的顺序都列出来以描述电容电极材料，如铜铜镍锡。
早期MLCC采用贵金属作为电极。电极材料是陶瓷电容的又一重要组成部分，传统的MLCC内电极材料为银和钯，其市场价格很高，成本占整个MLCC的50%以上。在宇航装备中使用最广泛的电容为钯银电极MLCC。钯银电极MLCC具有稳定、高可靠性的特点。但是，目前随着宇航装备向多功能和小型化的方向发展，对电路板的布板空间预留越来越少，对电容的体积容量比要求越来越高。这就要求宇航装备将选用容量比更大的电容，但是钯银电极MLCC存在钯金属氧化膨胀和银离子迁移的先天不足，造成钯银电极MLCC介质层不能做的很薄（GJB 4157A中明确规定厚度大于20um），印刷层数难以超过150层，因此其产品容量已无突破空间。在MLCC毛利率不断下滑的情况下，各厂商纷纷致力于开发贱金属电极制程技术，力求以铜、镍等贱金属来取代钯和银。贱金属电极制程技术将成为未来全球MLCC厂商提升市场竞争力的关键。
贱金属制作的内电极主要选择的材料为铜和镍。镍电极MLCC的内电极选用镍，其离子迁移速率远小于钯银，介质层更薄，印刷层数更多，因此镍电极产品具备向小体积、大容量进一步发展的能力。虽然镍电极与陶瓷的膨胀系数有一定的差异，但是相比于其他金属仍有一定优势。相比于镍金属的电极，铜具有电阻率小、附着力强、可焊性好的特点，且具有更好的高频特性和电阻率。因此，业界射频用MLCC采用的是铜电极，如村田的GJM系列具有更高的Q值和低ESR。

（3）端电极/外电极
贵金属电极的内电极为银，贱金属电极的内电极-般为铜，但部分 MLCC生产厂家在设计大尺寸的产品时会考虑应力问题，一般会采用树脂材料作为外电极,带有树脂电极的产品可以吸收电路板的弯曲应力，也可以吸收由于热冲击导致的焊点膨胀和收缩所产生的应力，这种电容称为软终端电容(Soft Termination MLCC)
（4）隔离层
从图3-1可以看到，外电极之外有一层隔离层，一般用镍金属实现。MLCC产品在经过上述的高温烧结后，在其银或铜金属外电极表面上，利用电镀沉积法分别镀第一层的镍金属底层和覆盖镍层的第二层锡金属。镍层作为阻挡层，其作用是把整个端电极包围起来，对外电极层起到保护作用，使外电极可以抵抗260℃波峰焊料的热侵蚀。有了阻挡层，就可以阻挡内部银、钯银、铜材料与外部锡在焊接时高温融合，防止外电层发生形变，从而避免电容的外电极开路的情况出现。
（5）锡层
最外面的焊接端子是一层锡层，其作为可焊接金属层，确保MLCC具有良好的可焊性。

3、玻璃釉电容（CI）

玻璃釉电容器，是一种常用电容器件。介质是玻璃釉粉加压制成的薄片。 能耐受各种气候环境，一般可在20℃或更高温度下工作.额定工作电压可达500V,损耗因数小。
电容量:10pF ~0.1μF。
额定电压:63 ~ 400V。
主要特点:稳定性较好，损耗小，耐高温。
应用:脉冲、耦合、旁路等电路。

2、有机

1、有机薄膜电容

1、聚酯（涤纶）电容（CL）

聚酯(涤纶)电容(CL)是用两片金属箔作电极，夹在极薄绝缘介质中，卷成圆柱形或肩柱形芯子，介质是涤纶。聚酯电容的介电常数较大,体积小，容量大，稳定性较好,适宜作旁路电容。
聚酯是由多元醇和多元酸缩聚而得的聚合物总称，主要指聚对苯二甲酸乙二酯(PET),习惯上也包括聚对苯二甲酸丁二酯(PBT)和聚芳酯等线型热塑性树脂。聚酯是一类性能优异、用途广泛的工程塑料，也可制成聚酯纤维和聚酯薄膜。聚酯包括聚酯树脂和聚酯弹性体。
电容量:40pF ~4μF。
额定电压:63 ~ 630V。
主要特点:精度、损耗角、绝缘电阻、温度特性、可靠性及适应环境等指标都优于电解电容和瓷片电容;小体积，大容量，耐热耐湿，稳定性差。
应用:对稳定性和损耗要求不高的低频电路。
常见类别:与许多电容相似，聚酯电容还有许多微小的分类.如常见的CL11、CL20,差别在于CL20电容内部选取金属化的技术，体形较CL11小许多但整体性能不如CL11。所以，采购时一定要向厂家注释要的是哪一-种型号。

2、漆膜电容

漆膜电容器最突出的特点就是体积小，容量大。温度特性和容量稳定性都优于涤纶电容器，它在线路中可取代部分电解电容器。其缺点是工作电压不容易做的太高，一般工作电压为直流40V。

3、聚苯乙烯电容（CB）

聚苯乙烯电容(CB)属有机薄膜电容类，其介质为聚苯乙烯薄膜，电极有金属箔式和金属膜式两种。由于聚苯乙烯薄膜是种热缩性的定向薄膜， 因此卷烧成形的电容可以采用自身热收缩聚合的方法做成非密村性结构。对于高精度、需密封的电容则用金属或塑料外壳进行灌注封装。用金属膜式电极制作的电容称为金属化聚苯乙烯薄膜电容。
聚苯乙烯电容具有负温度系数、绝缘电阻高达100GΩ，极小漏电流等特点，主要应用于各类精密测量仪表，汽车收音机、工业用接近开关、高精度的数/模转换电路。
聚苯乙烯是苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物、是一种无色透明的热塑性塑料，具有高于100℃的玻璃转化温度、因此经常被用来制作各种需要承受开水温度的一次性容器 、一次性泡沫饭盒等。
电容量:10pF~ 1μF。
额定电压:100V ~ 30kV。
主要特点:稳定性好，损耗小，体积较大。
应用:对稳定性和损耗要求较高的电路。

4、聚丙烯（CBB）

聚丙烯电容(CBB)能代替大部分聚苯或云母电容,用于要求较高的电路。其性能与聚苯电容相似，但体积小，稳定性略差。
聚丙烯是丙烯加聚反应而成的聚合物，系白色蜡状材料，外观透明且轻。
熔喷布是口罩最核心的材料，其主要以聚丙烯为主要原料,纤维直径可以达到1~ 5um。熔喷布空隙多、结构蓬松、抗褶皱能力好，具有独特的毛细结构的超细纤维可以增加单位面积纤维的数量和表面积，因此其具有很好的过滤性、屏蔽性、绝热性和吸油性，可用于空气和液体的过滤材料、隔离材料、吸纳材料、口罩材料、保暖材料、吸油材料及擦拭布等领域。
电容量: 1000pF~ 10pF。
额定电压:63 ~ 2000V。
主要特点:性能与聚苯乙烯电容相似，但体积小，稳定性略差。
应用:代替大部分聚苯乙烯电容或云母电容,用于要求较高的电路。
电容用途:在各种直流或中低频脉动电路中使用，适宜作为旁路电容使用。

5、聚四氟乙烯（CBF）

聚四氟乙烯电容(CBF)属有机薄膜电容类,它是以金属箔为电极，以聚四氟乙烯薄膜为介质,卷绕成形后装入外壳中密封而成的。
聚四氟乙烯电容的最大特点是能在高温下工作，一 般工作温度范围为-55~ +200C。因此，它适用于特殊要求的场合，如喷气发动机、雷达发射机等电子设备的交、直流电路及脉动电路。
聚四氟乙烯一般称为不粘涂层或易清洁物料，这种材料具有抗酸抗碱、抗各种有机溶剂的特点，几乎不溶于所有溶剂。同时，聚四氟乙烯具有耐高温的特点，它的摩擦系数极小，所以除可起润滑作用外，也成为清洁水管内层的理想涂料;有毒,为人体致癌物质。聚四氟乙烯电容已经很少被常规电路设计所选用。

2、纸介质电容

纸介电容器是由介质厚度很薄的纸作为介质，铝箔作为电极，经掩绕成圆柱形，再经过浸渍用外壳封装或环氧树脂灌封组成的电容器。 [1]它有成本低等优点，但损耗较大。主要在频率较低的电路中作旁路、耦合、滤波等用。
1、固体浸渍
2、液体浸渍

3、液体介质电容

油渍电容

油浸电容是用于交流电力系统的电容，分成很多品牌及品种，有圆形的，有直立形的（就像直立形电解电容一样）。具有体积小、重量轻。电性能优异、损耗小等特点，使用安全可靠。

4、复合介质电容

复合介质电容一般采用纸膜复合介质，以铝箔为电极卷绕而成，然后放入塑料、瓷管或金属外壳内封装，而小型复合介质电容多采用树脂浸涂包封。有的复合介质电容采用聚酯/聚丙烯材料制成。采用金属化复合膜介质的电容称为金属化复合介质电容。

5、电解电容

1、钽电解电容（CA）、铌电解电容（CN）

钽电解电容(CA)和铌电解电容(CN)用钽或铌金属作正极，电解质使用固体MnO2。钽电解电容和铌电解电容的温度特性、频率特性和可靠性均优于普通电解电容特别是漏电流小，储存性良好,寿命长，容量误差小，而且体积小，单位体积下能得到最大的电容电压乘积。其对脉动电流的耐受能力差，若损坏则易呈短路状态。
电容量:0.1μF ~ 1000μF。
22:47:33
额定电压:6.3~ 125V。
主要特点:损耗、漏电流小于铝电解电容。应用:在要求高的电路中代替铝电解电容。
下面是两种钽电容电解质
1、MnO2钽
2、钽高分子化合物

2、铝电解电容

铝电解电容用浸有糊状电解质的吸水纸夹在两条铝箔中间卷绕而成，其用薄的氧化膜作介质。因为氧化膜具有单向导电性，所以铝电解电容具有极性。铝电解电容的容量大，能耐受大的脉动电流，容量误差大，漏电流大。普通的铝电解电容不适于在高频和低温下应用,不宜使用在25kHz以上频率，常用于低频旁路、信号耦合、电源滤波。
电容量:0.47uF ~ 10000uF。
额定电压:6.3 ~ 450V。
主要特点:体积小，容量大，损耗大，漏电流大。
应用:储能、电源滤波、低频耦合、旁路等。
下面是四种铝电容电解质
1、铝电解液
2、铝高分子化合物
3、铝有机半导体
4、铝混合型

6.超级电容

超级电容又称为超大容量电容，具有电阳小、寿命超长、安全可靠储能巨大充电快速的特点,它是近十儿年随着材料科学的突败而出现的新型功率型储能元件。超级电容是能量储存领域的一项革命性发展,并将在某些领域取代传统蓄电池。
目前，超级电容大多用于高峰值功率、低容量的场合。由于超级电容能在充满电的浮充状态下正常工作10年以上，因此其可以在电压跌落和瞬态干扰期间提高供电水平。超级电容安装简单,体积小，并可在各种环境下运行，现在已经可为低功率水平的应用提供商业服务。

1、特性

建立在双电层理论基础之上。它是一种电化学元件，但在其储能的过程并不发生化学反应，这种储能过程是可逆的，也正因为此超级电容器可以反复充放电数十万次。双电层理论19世纪由Helmhotz等提出，Helmhotz模型认为电极表面的静电荷从溶液中吸附离子，它们在电极/溶液界面的溶液一侧离电极一定距离排成一排，形成一个电荷数量与电极表面剩余电荷数量相等而符号相反的界面层。由于界面上存在位垒，两层电荷都不能越过边界彼此中和，因而形成双电层电容。为形成稳定的双电层，必须采用不和电解液发生反应且导电性能良好的电极材料，还应施加直流电压，促使电极和电解液界面发生“极化”。
超级电容器在结构上与电解电容器非常相似，它们的主要区别在于电极材料。早期的超级电容器的电极采用碳，碳电极材料的表面积很大，电容的大小取决于表面积和电极的距离，这种碳电极大的表面积再加上很小的电极距离，使超级电容器的容值可以非常大，大多数超级电容器可以做到法拉级，一般情况下容值范围可达1-5000F

电容值为：

单极电容量C1=C2=εS/4πd （其中ε是介质相对介电常数，S为电容极板的正对面积，d 为电层厚度）
电容的电势能计算公式：E=CV2/2=QV/2
充电时，在电荷引力的作用下，电解液中正负离子分别聚集两个固体电极的表面；放电时，正负离子离开固体电极的表面，返回电解液本体。

2、组成

超级电容主要由极化电极、集电极、电解液、隔膜、引线和封装材料几部分组成。电极材料、电解质的组成、隔膜质量以及电极制造技术对超级电容的性能有决定性的影响。电极材料的性能决定其电容量的大小。电解质的分解电压决定超级电容的工作电压，以水溶液为电解液的电容器工作电压只有lV 左右，而有机电解液的电容器工作电压可达3V 左右。隔膜有良好的化学、电化学稳定性，良好的力学性能以及反复充放电过程中对电解液保持高度浸润性。隔膜还具有较高孔隙率，较低的电阻，较高的抗撕裂强度，较好的抗酸碱能力，良好的弹性及非质子溶剂的保持性能。隔膜的作用就是阻止电子传导，同时在正负极之间传导离子。
超级电容的关键技术包括：
　　（1）高比容量电极材料的制备技术；
　　（2）高性能电解液的合成技术；
　　（3）电容器的组装和封装技术。

3、分类

超级电容的类型比较多，按不同方式可以分为多种产品，以下作简单介绍。
按原理分为双电层型超级电容器和法拉第超级电容器：
双电层型超级电容器，包括
1.活性碳电极材料，采用了高比表面积的活性炭材料经过成型制备电极。
2.碳纤维电极材料，采用活性炭纤维成形材料，如布、毡等经过增强，喷涂或熔融金属增强其导电性制备电极。
3.碳气凝胶电极材料，采用前驱材料制备凝胶，经过炭化活化得到电极材料。
4.碳纳米管电极材料，碳纳米管具有极好的中孔性能和导电性，采用高比表面积的碳纳米管材料，可以制得非常优良的超级电容器电极。
以上电极材料可以制成：
1、平板型超级电容器，在扣式体系中多采用平板状和圆片状的电极，另外也有Econd公司产品为典型代表的多层叠片串联组合而成的高压超级电容器，可以达到300V以上的工作电压。

2、绕卷型溶剂电容器，采用电极材料涂覆在集流体上，经过绕制得到，这类电容器通常具有更大的电容量和更高的功率密度。

法拉第超级电容器：包括金属氧化物电极材料与聚合物电极材料，金属氧化物包括NiOx、MnO2、V2O5等作为正极材料，活性炭作为负极材料制备的超级电容器，导电聚合物材料包括PPY、PTH、PAni、PAS、PFPT等经P型或N型或P/N型掺杂制取电极，以此制备超级电容器。这一类型超级电容器具有非常高的能量密度，除NiOx型外，其它类型多处于研究阶段，还没有实现产业化生产。
按电解质类型可以分为水性电解质和有机电解质类型：
水性电解质，包括以下几类
1.酸性电解质，多采用36%的H2SO4水溶液作为电解质。
2.碱性电解质，通常采用KOH、NaOH等强碱作为电解质，水作为溶剂。
3.中性电解质，通常采用KCl、NaCl等盐作为电解质，水作为溶剂，多用于氧化锰电极材料的电解液。
有机电解质
通常采用LiClO4为典型代表的锂盐、TEABF4作为典型代表的季胺盐等作为电解质，有机溶剂如PC、ACN、GBL、THL等有机溶剂作为溶剂，电解质在溶剂中接近饱和溶解度。
另外还可以分为：
1.液体电解质超级电容器，多数超级电容器电解质均为液态。
2.固体电解质超级电容器，随着锂离子电池固态电解液的发展，应用于超级电容器的电解质也对凝胶电解质和PEO等固体电解质进行研究。

4、超级电容与电解电容

电解电容的容量取决于导体的平板面积，为了获得较大的容量，导体材料卷制得很长；用绝缘材料分离它的两极板。
双电层电容的容量基于多孔炭材料，多孔结构允许其面积超过1000m2/g。电荷分离开的距离是由被吸引到带电电极的电解质离子尺寸决定的，该距离比电解电容薄膜材料所能实现的距离更小。庞大的表面积再加上非常小的电荷分离距离，使得超级电容比电解电容有惊人的静电容量，在很小的体积下达到法拉级的电容量；但超级电容内阻较大（由于多孔化活性炭电阻率明显大于金属，从而使超级电容的ESR较其它电容器的大），因而不可以用于交流电路。
双电层电容的工作电压、工作温度范围取决于其电解质材料的技术，工作电压需小于电解质溶液分解电压，工作上限温度需低于电解质的沸点（通常为78.5℃）。

5、超级电容与二次电池

超级电容是介于电容器和电池之间的储能器件，它既具有电容器快速充放电的特点，又具有电池的储能特性。

（1）充放电性能比较
超级电容在额定电压范围内可以被充电至任意电压，且可以完全放出；二次电池则受自身化学反应限制，工作在较窄的电压范围，过充、过放都可能造成永久性破坏。
超级电容可以快速充放电，无须特别的充电电路和控制放电电路，峰值电流仅受其内阻限制，甚至短路也不是致命的；限制超级电容放电率的条件是热，反复地以剧烈的速率放电将使电容器温度升高，最终导致断路。电池快速充电则会受到损害（通常充电电流小于1.5C）。
超级电容可以反复循环数十万次，过充、过放都不对其寿命构成负面影响；而电池寿命仅几百个循环。
超级电容可以反复传输能量脉冲而无任何不利影响，相反如果电池反复传输大功率脉冲，其寿命会大打折扣。
超级电容的荷电状态（SOC）与电压构成简单的函数，而电池的荷电状态则包括多样复杂的换算。
超级电容的电阻阻碍其快速放电，超级电容的时间常数τ在1-2s，完全给阻-容式电路放电大约需要5τ，也就是说如果短路放电大约需要5-10s（由于电极的特殊结构，实际上得花上数个小时才能将残留的电荷完全放干净）。
（2）储能性能比较

（3）储能方式
1)恒流充电。恒流充电最大的特点是可以任意选择充电的电流，有相对较大的适应性。超级电容可以针对不同要求的用电及自身的性能状态进行优化调整，也是因为超级电容的充电电流选择的范围较大。分段恒流充电是恒流充电种演 变的超级电容充电方法,即在给用电器充电的初期使用较大的电流充电，而在使用的后期根据端电压的变化调整充电电流。
2)浮充充电。超级电容在保持不使用的静止状态时，会以漏电的形式自行放电，等效并联的电阻或瞬间小功率放电都会导致超级电容的能量有所损失。所以，为了维系超级电容的储能，便要对超级电容进行浮充充电。在浮充充电过程中，要对超级电容的电压进行实时检测，因为如果电压过大，就会加速超级电容电解液的挥发或分解速度，从而减少超级电容的使用寿命;如果电压过小,就不能补充损失所带来的消耗，从而使储能容量不能发挥最大的优势。
3)脉冲充电。超级电容有良好的脉冲特性，可以在短时间内迅速吸收功率，使高峰脉冲功率平滑。在超级电容与蓄电池功能混合使用时,利用了超级电容短时高效的使用特性，扩大了混合单元中尖峰的功率范围，从而延长了蓄电池的使用寿命，在应用中通常使用脉冲充电的方式回收能量以继续储能。
4)组合充电方式利用了超级电容的储能特性，在电压较小时，一般采用大电流的方式进行恒流充电，随着电压增大，逐渐减小恒流充电的电流值或进行恒压充电，直到最后达到额定的电压值。

6、超级电容的优缺点

1、优点
(1)功率密度大，反应时间短。功率密度可达102 ~ 10’W/kg.远高于蓄电池目前的功率密度水平。由于超级电容的充放电过程实际上是物理变化，因此当充放电的电流相对较大时，充满电仅需要数十秒时间，反应时间更是能达到毫秒级别。

(2)循环寿命长。由于充放电的过程只是离子间的搬运和转移,是物理变化且为可逆过程,因此充放电的循环最多可达数万次。据数据表明，经过50万次~ 100万次循环的几秒高速、深度充电后，超级电容的内阻和容量仅仅变化了10%左右，影响较小。

(3)工作温度范围相对宽泛。由于超级电容的充放电原理非化学变化，因此温度对超级电容的工作影响较小，温度范围一般为-40~ +65C。

(4)绿色环保无污染。超级电容所使用的材料中没有重金属等化学制剂，其自身寿命较长,不会产生有毒有害物质，常被视为绿色能源。

(5)维修次数较少。超级电容很少需要保养。由于超级电容自身对于充电和深度的放电具有较强的承受能力，因此当端电压限制在最大允许电压内时可以多次稳定的充电。
2、缺点
(1)能量密度低。由于铅酸电池的能量密度约为超级电容的5倍，因此在存储相同能量的情况下,超级电容的体积和质量都要比蓄电池大很多。

(2)串联时电压均衡问题。超级电容在生产制造过程中，制作工艺和使用材料尚无法均衡.即使是同一批次、相同规格的电容在内阻或容量等参数上也会有一些不同。因此，在使用超级电容组件时，为了提高组件的能量利用率和安全性，通常需加入串联均压装置。

7、注意事项

（1）电容极性
超级电容采用对称电极设计，当电容首次装配时，不分正、负极，一旦电容被第一次100%充满电时，就变成有极性了。每一个超级电容的外壳上都有一个负极的标志或者标识。虽然它们可以被短路以使电压降低到零伏，但电极依然保留很少一部分的电荷，此时变换极性是不推荐的。电容按照一个方向被充电的时间越长，它们的极性就变得越强，如果一个电容长时间按照一个方向充电后变换极性，那么电容的寿命将会被缩短。
（2）工作电压
超级电容应在标称电压下使用，超过标称电压时，导致电解液分解，同时电容器会发热，容量下降，而且内阻增加，寿命缩短，在某些情况下，可导致电容器性能崩溃。
（3）纹波电压
超级电容不可应用于高频率充放电的电路中，高频率的快速充放电会导致电容器内部发热，容量衰减，内阻增加，在某些情况下会导致电容器性能崩溃。
（4）环境温度
外界环境温度对于超级电容的寿命有着重要的影响。电容器应尽量远离热源。
（5）电容内阻影响
由于超级电容内阻较大，在放电的瞬间存在电压降，ΔV=IR。应用于脉动电流场合下，容易引起电容内部发热，导致电解液分解、内阻增加，并引起电容寿命缩短。为了保证电容的使用寿命，在应用于脉动场合时，最好保证电容表面的温升不超过5K。
（6）环境湿度
超级电容不可处于相对湿度大于85%或含有有毒气体的场所，这些环境下会导致引线及电容器壳体腐蚀。
（7）存储
超级电容不能置于高温、高湿的环境中，避免温度骤升骤降，因为这样会导致产品损坏。
（8）安装焊接
当把电容器焊接在线路板上时，不可将电容器壳体接触到线路板上，残留物渗入电容器穿线孔内，对电容器性能产生影响。
安装超级电容后，不可强行倾斜或扭动电容器，这样会导致电容器引线松动，导致性能劣化。
焊接过程中避免使电容器过热：若在焊接中使电容器出现过热现象，会降低电容器的使用寿命。

8、应用

9、前景

超级电容可以广泛应用于辅助峰值功率、备用电源、存储再生能量、替代电源等不同的应用场最，在工业控制、风光发电、交通工具、智能三表、电动工具、军工等领城具有非常广阔的发展前景,特别是在部分应用场景具有非常大的性能优势。一旦汽车等应用大规模打开,市场需求将迎来快速爆发。超级电容将与锂电池形成互补,共同推动新能源汽车发展步伐;石愚烯助力超级电容，性能有望大幅提升;超级电池(碳锂电池成为超级电容发展的新方向。
另外，超级电容还广泛地应用于数码产品智能仪表.玩具电动工具新能源汽车新能源发电系统、分布式电网系统高功率武器运动控制节能建筑、工业节能成排等各个行业，属于标准的低碳经济核心产品。超级电容作为产品已趋于成熟,其应用范围也在不断拓展,在工业、消费电子通信、医疗器械国防、军事装备、交通等领域得到越来越广泛的应用。从小容量的特殊储能到大规模的电力储能，从单独储能到与蓄电池或燃料电池组成的混合储能超级电容都展示出了独特的优越性。
(1)国内发展情况。近年来，我国通过不断研究，在超级电容行业也具备了定的基础 ,特别是在超级电容公交电车方面，我国自主研制的超级电容公交电车已在宁波投人使用。该条线路是全球首条超级电容储能式现代电车运营示范线,线路全长11km。其间，宁波供电公司为此项目供电开辟绿色通道，沿线安装了4台400kVA、2台200kVA变压器为充电站供电，并铺设电缆三千多米,采取双电源供电。
这种全新概念的公交车辆采用了目前世界上最先进的超级电容储能系统，车辆的核心元器件超级电容能反复充放电100万次，使用寿命长达10年。车辆行驶路线不需要架设空中供电网，只需要在公交站点设置一个充电桩,30s内就能充满电,行驶约Skm的路程。在制动和下坡时，又可以把85%以上的制动能量转换成电能，存储在超级电容中再使用。- 旦碰上充电桩故障除有备用电源外线路上还将配备小型充电车,来给公交电车进行流动充电。
(2)国际发展情况。- 些发达国家在这个方面研究较早，如美国的MAXWELL、日本的松下和俄罗斯的ECOND等公司在超级电容这一领城占据着全球大部分的市 场份额。2015年 ，MAXWELL宜布，著名的汽车零部件制造商大陆汽车生产的以超级电容驱动的电压稳定系统将成为部分凯迪拉克ATS和CTS型号轿车及ATS型号跑车的标准配置。由此，通用汽车也成为北美首家采用大陆汽车超级电容电压稳定技术以提升汽车启停系统的汽车原始设备制造商。这项技术将在很大程度上降低油耗，减少排放,并提升整体的驾车体验。
超级电容作为第三代储能装置，拥有功率密度高、充放电时间短、循环寿命长、工作温度范围宽等优点,预计未来有机会大面积替代锂电池及铅酸电池。
(3)未来应用前景。超级电容储能在应用中已证明其优越性，前景十分光明。而能量密度突破成为超级电容是否可完全取代锂电池的关键。能源密度是衡量能源消耗效率的指标,它是一一个热点,也是一个难点。只有从材料人手才有可能从根本上降低能源损耗，提高利用率，全世界的科研人员也正在朝这个方向探索。江苏捷峰高科能源材料股份有限公司董事长刘杰曾在莱斯大学的全球第一家碳纳米材料研究机构中，跟随诺贝尔化学奖获得者理查德.斯莫利教授研究碳纳米材料。在此期间他做出了世更上最好的础幼米管同时监掘了碳纳米材料储存能量的技术开发出新的招级由容一碳 纳米电容。他指出，加拿大不列颠哥伦比亚省有800万人,用碳纳米电容替换电表上的普通电容，一年可节省二十多兆瓦电能。这种用碳纳米材料做成的电容可以像锂电池一- 样储能，根据需要组装成充电电池,运用在航天、舰船、风力发电、电动大巴等多个领域。这种电池的价格虽然是锂电池的近10倍,但是寿命却是锂电池的几十倍甚至上百倍，充放电次数可达10万次,放电效率高，并耐高压，可以在高温和低温环境下使用。更重要的是,因为碳纳米电容的材料是碳，所以其生产、使用及废弃都不会产生污染。
超级电容的出现，使电容储能开始向能源领域进军。在大力发展新能源和智能电网新技术的今天，更加先进的超级电容储能技术将为中国新能源领域带来-场革命。通过小规模试验和运行,今后将呈现新型电池储能、超导磁储能、飞轮储能和超级电容储能等面向分布式应用的功率型储能技术协同发展的格局，结构不断紧凑，控制趋于智能，接人更加灵活，同时带动和促进一个庞 大的绿色产业集群成长起来,具有重大战略意义及明显的经济和社会效益。

3.用途

1、旁路电容

旁路电容的作用是将系统中的高频噪声旁路到GND，一般是在电源引脚和GND之间并联一些较小的电容（如0.1uF）,从而避免噪声进入器件的供电引脚

2、滤波电容

1、电容滤波
2、RC滤波
3、LC滤波

3、调谐电容

在含有电容和电感的电路中，如果电容和电感串联,则可能出现在某个很小的时间段内:电容的电压逐渐增大，电流却逐渐减小;与此同时，电感的电流逐渐增大，电压却逐渐减小。而在另-个很小的时间段内:电容的电压逐渐减小，电流却逐渐增大;与此同时，电感的电流逐渐减小，电压却逐渐增大。电压的增大可以达到-一个正的最大值，电压的减小也可以达到一个负的最大值，同样地，电流的方向在这个过程中也会发生正负方向的变化，这种现象称为电路发生电的振荡。调谐就是调节一-个振荡电路的频率，使其与另一个正在发生振荡的电路(或电磁波)发生谐振。

4、耦合电容

耦合电容的作用是阻止直流通过而允许交流通过，本质是电容与其后面的负载形成滤波器，滤除了低频信号，保留了高频信号，形成一个高通滤波器。由于直流就是频率为0Hz的信号，因此阻直流、耦合交流是同时发生的。
耦合电容作为两个电路之间的连接，允许交流信号通过并传输到下一级电路。当交流信号到达电容某一端的引脚时，该引脚接的电路的电压逐渐增大，电容内部开始积聚电荷;待该引脚所接的电路的电压减小时，电容再将积聚的电荷返回电路中。整个过程就是电容阻直流、通交流的过程。

5、去耦电容

去耦电容的作用是防止器件工作时对外干扰。去耦电容通过减小器件驱动电流的变化率来降低器件之间的耦合干扰，避免器件在工作过程中由于其负载电流突变造成电源上产生的高频分量耦合到其他器件,产生干扰。当芯片的数字信号输出发生01跳变时，输出引脚作为驱动电路要把其负载的电容充电、放电,才能完成信号的跳变。在上升沿比较陡峭时，电流比较大，这样驱动的电流就会吸收很大的电源电流。由于电路中的电感会加剧该电流，这种电流相对于正常情况来说实际上就是一种噪声，会影响前级的正常工作,这就是耦合。电容可以防止这种噪声向外传播,所以一般会在靠近器件的电源引脚处放置一些电容，这些电容可以解除、去掉器件电源引脚对外释放的噪声，所以称为去耦电容。
将旁路电容和去耦电容结合起来介绍更容易理解。旁路电容是把输人信号中的干扰作为滤除对象;而去耦电容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。这是两者的本质区别。其实，去耦电容在某种程度上也起到旁路的作用。

上图左侧为芯片A,为数字输出引脚;右侧为芯片B,为数字输人引脚。在该简化模型中，芯片A输出的电路被简化为-一个开关Q。当开关Q接通电源时，输出高电平1;当开关Q接通GND时，输出低电平0。开关Q的不同位置代表输出0和1两种状态。假定由于电路状态转换，开关Q接通R低电平，负载电容对地放电，随着负载电容电压减小，它积累的电荷流向地，在接地回路上形成一个大的电流浪涌。随着放电电流建立然后衰减，这一电流变化作用于接地引脚的电感Lc,这样在芯片外的电路板“地"与芯片内的地之间会形成一定的电压差， 即Vco 同样地，对于电源端，每次信号翻转都会引人电压差。当很多UO同时翻转时，该电压差就会叠加在一起引起电源电压波动。此时，就需要运用去耦电容，去耦电容可以防止这种噪声向外传播，所以可以放一些电容靠近器件的电源引脚。
1、从储能角度解释去耦电容
在制作电路板时，通常会在负载芯片周围放置很多电容,这些电容就起到电源去耦作用。
只要电容量C足够大，那么只需很小的电压变化，电容就可以提供足够大的电流，满足负载瞬态电流的要求，这样就保证了负载芯片电压的变化在容许范围内。这里相当于电容预先存储了一部分电能，在负载需要时释放出来，即电容是储能元件。储能电容的存在使负载消耗的能量得到快速补充，因此保证了负载两端电压不至于有太大变化，此时电容担任的是局部电源的角色。
从储能角度理解电容容易造成一种错觉， 即认为电容越大越好;另外，容易误导大家认为储能作用发生在低频段，不容易向高频扩展。实际上，从储能角度，可以解释电容的任何功能。
假设在低频段，如几十千赫兹,由于低频信号在电感上产生的感抗可以忽略，因此在低频段电容的ESL可以近似等于0。当负载瞬间(几十千赫兹)需要大电流时，电容可以通过ESR向负载供电,供电的实时性很高，ESR只是消耗了一-部分电量，但不影响供电的实时性。由于频率比较低，因此放电时间(频率的倒数)也比较长，故需要电容的容量较大，可以长时间放电。所以，低频段储能很好理解。同样大的电容，假设负载突变的频率较高(几十兆赫兹或更高)，那么当负载瞬间变化时(几十兆赫兹或更高),ESL.上形成的感抗不容忽视，该感抗会产生一个反向电动势去阻止电容向负载供电。所以，负载上实际获得的电流的瞬态性能比较差，即电容的电流无法供应瞬间的电流突变，尽管电容容量很大，但由于ESL较大，因此此时的大容量储能无法发挥作用。实际上，频率较高，电容给负载供电的时间缩短，也不需要电容有大容量。对于高频来说，关键因素是ESL,要减小电容的ESL,就应选择小封装的小电容,这就是为什么高频选择小电容的原因;另外，走线长度引人的电感也会折算到ESL参数中，所以小电容定要靠近芯片引脚。
从储能这个角度理解甚至可以扩展到皮法拉级电容。理论上，假设不存在ESR, ESL及传输阻抗为0，则一个大电容完全胜任所有频率。但这种假设并不存在。所以，电路中需要大小电容合理搭配去应对不同频率下的负载的能力供给。另外,电容越靠近负载，传输线的等效电感、等效电阻的影响就越小。
2、从阻抗角度解释去耦电容
从负载电路往电源侧看去，稳压电源及电容可以看成一个复合的电源系统。该电源系统的特点是:由于电容的存在，因此无论负载瞬态电流如何变化，都能保证AB两点间的电压保持稳定，即AB两点间电压变化很小。
假设供电源是一个理想电压源.即z =0.且假设传输途径的阻抗也为0.那么负载无论怎么变化，变化速度有多快,电压源都能跟随负载变化，井且确保AB两点间的电压始终恒定。但实际上电源内阳并不为零，而且传输线也不是理想的，且这些影响因素与频率相关所以就出现了电源分布网络阻抗。
我们的最终设计目标是，无论负载瞬态电流如何变化、都要保持负载兩端电压变化范围很小，这个要求等效于电源系统的阻抗Z要足够小。我们是通过去耦电容来达到这一要求的。因此，从等效角度出发，可以说去耦电容降低了电源系统的阻抗。另外，从电路原理角度来说，可得到同样的结论。由于电容对交流信号呈现低阻抗，因此加入电容能够降低电源系统的交流阻抗。
从阻抗角度理解电容去榈，可以为设计电源分配系统带来极大的方便。实际上，电源分配系统设计的最根本原则就是使阻抗最小，而最有效的设计方法就是在该原则指导下产生的。
所以，电源系统的去料设计的-个原则、就是在感兴趣的频率范围内、使整个电源分配系统的阻抗最小。其方法就是在电源系统中增加去耦电容。

6、储能电容

储能电容通过整流器收集电荷，并将存储的能量通过变换器引线传送至电源的输出端。电压额定值为40~ 450VDC、电容值在220μF ~ 150000μF的铝电解电容较为常用。根据不同的电源要求，器件有时会采用串联、并联或两者组合的形式。对于功率级超过10kW的电源,通常采用体积较大的罐形螺旋端子电容。一般超级电容也用于储能。

7、安规电容

业内一般将抑制电源电磁干扰用的固定电容称为安规电容。因为这类电容通过了安全规范测试认证，符合安全规范，符合多个国家的安全认证标准并印有相应的LOGO,所以被称为安规电容。安规电容在实际应用中的“安规"体现在:电容失效后不会导致电击，不会危及人身安全。此外，安规电容采用阻燃材料制造，电容故障时最多只是炸裂，可能产生气体，但不会产生明火,不会引发火灾。安规电容的外观如图所示。

安规就是安全规范，是对产品设计和产品规格的约束和指导。提出安规是为了避免由于设计不良或使用不当而导致电击、能量(打火/拉弧/爆炸)、火灾、辐射、机械与热/高温危险、化学危险等事故和灾害，因此要求生产厂商尽可能给用户提供具有安全、高品质的产品，保护使用者与操作者的人身和财产安全。
安规电容通常只用于抗干扰电路中的滤波，它们用在电源滤波器中起到电源滤波作用，分别对共模、差模干扰起滤波作用。例如，当在电源跨线电路中使用电容来消除噪声时，不仅仅只有正常电压，还必须考虑到异常的脉冲电压(如闪电)的产生，这可能会导致电容冒烟或起火。所以，跨线电容必须使用安规电容。通常,出于安全考虑和EMC考虑，一般在电源入口建议加上安规电容。

1、分类与作用

根据1EC60384-14标准，安规电容分为X电容和Y电容,X电容是指L-N之间的电容,Y电容是指L-G或N-G之间的电容，如图所示。图中,L为相线,N为中性线,G为地线。

1、X电容
X电容都标有安全认证标志和250V或275V字样，其真正的直流耐压能力高达2000V以上。所以不能用标称耐压为AC250V或DC400V之类的普通电容代替X电容。
通常,X电容多选用纹波电流比较大的聚酯薄膜类电容。这种类型的电容体积较大，但其允许瞬间充放电的电流也很大，而其内阻相应较小。普通电容纹波电流的指标很低,动态内阻较大。用普通电容代替x电容，，除电容耐压无法满足标准外,纹波电流指标也难以符合要求。
根据实际需要,X电容的容值允许比Y电容的容值大，但此时必须在x电容的两端并联一个安全电阻，防止拔掉电源线时由于该电容的放电过程太慢而导致电源线插头长时间带电。安全标准规定，当正在工作中的机器电源线被拔掉时，在2s内，电源线插头两端带电的电压(或对地电位)必须小于原来额定工作电压的30%。
安全标准规定：正在工作的设备电源线被拔掉时，在两秒钟内，电源线插头两端的电压(或对地电位)必须小于额定工作电压的30%，所以如果X电容的容值过大，必须在X电容的两端并联一个用于快速泄放的安全电阻。X电容必须符合过电压等级（IEC664）。
X电容根据耐压值可分为X1、X2、X3电容

2、Y电容
Y电容必须符合过电压等级（IEC61140），陶瓷电容(ceramic capacitor)的耐压等级高于薄膜电容，而且体积较少。目前国内大部分厂家通常采用陶瓷Y电容，但受陶瓷原材料的限制，其容量温度特性、损耗角正切值要低于薄膜电容。
Y电容根据耐压值也分Y1，Y2，Y3，Y4电容。

Y电容的外观一般为橙色或蓝色，有CE、UL等标志和AC耐压字样，如图所示。从表中可以看到，Y电容真正的耐压规格高达5kV(Y2)。所以，不能使用标称耐压为AC250V或DC400V之类的普通电容来代替Y电容。
在额定频率及额定电压作用下,为了控制流过Y电容的漏电流和EMC指标,Y电容的电容量一般不能大于0.1μF。 -般情况下，在亚热带场景，要求设备对地漏电电流不能超过0.7mA;在温带场景，要求设备对地漏电电流不能超过0.35mA。因此,Y电容的总容量- -般不能超过4700pF。除耐压和容量方面的要求外，Y电容在电气和机械性能方面也应有足够的安全余量，避免在极端恶劣的场景下发生击穿短路。
Y1属于双绝缘电容,用于跨接一次侧和二次侧;Y2 属于基本绝缘电容，用于跨接-次侧和保护地。
3、X电容与Y电容区别
X电容的作用是抑制差模干扰，Y电容的作用是抑制共模干扰。X电容一般选用耐纹波电流比较大的聚酯薄膜类电容.这种类型的电容体积较大,内阻小，允许瞬间充放电的电流很大:Y电容一般选用高压瓷片电容。
4、注意事项
(1)安规电容使用时必须满足耐压要求，如果电压超规格，则可以使用完全一致的电 容串联来均压。
(2)安规电容不能超温度规格使用。其中,Y电容需要特别注意的是，UL认证时的温度最高只能为859C,这是由于UL标准最高只进行85C的测试;但是，欧洲认证的温度往往较高，目前UL同意采用欧洲认证的Y电容温度作为最高使用温度。
5.丝印意义

1:BM 厂家:广东丰明电子
2:MKP代表金属化聚丙烯电容、X2电容.
3.容量大小.安规电容容量优选E6数系:1、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8及其10的整数倍容量值;也可以选用E12数系:1、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2。
4:容量偏差:K级为+10%,J级为+5%，M级为+20%。IEC60384-14 标准默认公差为+20%,一般选用K级。.
5:额定工作电压，一般使用额定电压值为250VAC、275(280)VAC 305(310)VAC、440VAC、760VAC。.
6:气候类别( 4010/6组燃等级():下限温度为40C，上限温度为10C,稳态湿热试验持续时间56天。依据EC6084-14标准.稳态湿热试验持续时间分为21天和56天,默认为21天，一般 气候类别后紧跟一个字母表示阻燃等级。阻燃等级通过针焰燃烧试验结果判定，总共有A B和C三个等级,IEC60384-14标准默认为C级。.
7:国际认证标志
8: 国际标准(抑制电源电磁干扰用固定电容器标准).

4.封装

1、直插电容

直插电容封装大、可生产性差。寄生电感大。

2、贴片电容

贴片电容封装小，可生产性好，寄生电感小

5.极性

1、有极性电容

有极性电容大多采用电解质作为节点材质，可以做到很大的容量，但不可正负极接反，主要应用于电源滤波 、储能。

2、非极性电容

无极性电容一般使用金属 氧化膜、涤纶等材料，主要应用于谐振、耦合、选频、去耦等。

三、技术参数

1.标称容值、精度

标称电容量是标注在电容上的电容量，电容的容值取决于在交流电压下工作时所呈现的阻抗，因此，容值，即交流电容值，会随着工作频率、电压及测量方法的变化而变化。容值的测量我们通常会参考国标中的规定

和电阻阻值类似，电容的容值在生产的时候也是按等比数列分布
陶瓷的标称容量满足E3、E6、E12、E24系列标准

薄膜电容标称容量符合E12系列（10、12、15、18、22、27、33、39、47、56、68、82）
电解电容的标称容量和容量偏差依据E6标准值(10、15、22、33、47、68)
超级电容标称容量：10、22、33、47
电容的实际电容值一般很难达到理想的电容值，会有一定的误差（小于10pF的电容不用百分比表示，用容值作为单位，比如±0.1pF）

陶瓷电容允许误差：

薄膜电容允许误差：（M=20%；K=10%；J=5%)
电解电容允许误差：（M=20%；K=10%)
超级电容允许误差：M=20%
（3）温度影响
陶瓷电容
第一类：C0G(NP0)性能最稳定，-55℃到+125℃时容量变化为0±30ppm/℃；适用于振荡器、谐振器的槽路电容，以及高频电路中的耦合电容。

第二类：X7R（X5R）介电常数较大，相同体积的容量要比第一类大20～70 倍，温度从-55℃到125℃范围变化时，容量变化为±10％，最大可达＋15％到-25％，主要应用于要求不高的工业应用，而且当电压变化时其容量变化是可以接受的条件下。它的主要特点是在相同的体积下电容量可以做的比较大。
Y5V介电常数较高，相同体积的容量要比X7R（X5R）大5倍，但容量稳定性较X7R（X5R）差，当温度从-30℃到85℃变化时，容量变化为＋20％到-80％。

NPO、X7R、Z5U、Y5V电容的温度特性、可靠性依次递减，相应的成本也依次降低。在选型时,如果对工作温度和温度系数要求很低，则可以考虑用Y5V电容。但是，一般情况下要用X7R电容,要求更高时必须选择NPO电容。一般情况下,MLCC都设计成使X7R、Y5V材质的电容在常温附近的容量最大，容量相对温度的变化轨迹是开口向下的抛物线，随着温度上升或下降,，其容量都会下降。
薄膜电容

聚丙烯膜电容器在一定温度范围内容量随温度升高而降低，聚酯膜电容器随温度的升高而升高。
电解电容
铝电解电容温度特性较差，容量随温度的下降而下降：从25℃到高温极限，容量增加不超过10%；从25℃到低温极限，容量下降可能达到20%以上；其中－20℃到－40℃温度区间时，容量下降最快。


固体钽片状电容为固体MnO2电解质，所以一其容量温度特性较稳定，甚至低温至-200 ℃时，其容量才减小不过10% 。在滤波应用时，温度对钽电容的性能影响可以忽略。

（4）频率影响
陶瓷电容
C0G(NP0)容量随频率的变化小于±0.3ΔC，可以忽略不计；
X5R,Y5V容量-频率特性曲线；

薄膜电容

随频率的升高,聚酯膜电容容量变小,而聚丙烯膜电容几乎没变化.
电解电容：
JISC 5102（日本标准）规定的的测试条件：频率120Hz（因为电网频率是50/60Hz，全波整流后的纹波电流频率是两倍工频）、最大交流电压1Vrms、无谐波含量、DC偏置电压为0V、温度20℃；容量随频率增大而减少。


（5）陶瓷电容直流偏压特性
I类陶瓷电容温度稳定性非常好，同时在DC偏压下静电容量几乎不会发生变化，并且静电容量也不会因老化而发生变化。
II类陶瓷电容虽然可以做出电容值很大的电容，但是其温度特性比较差，同时静电容量也会因施加直流电压（DC偏压）或老化而降低。
施加一个直流电压之后会导致电容值变小的特性一般称为偏压特性。由于II类电容的偏压特性比较差，在施加直流电压后的静电容可能远小于标称值，因此在设计时应特别注意2类陶瓷电容的偏压特性。
厂家一般会给出一个偏压特性曲线，如图所示。偏压特性是陶瓷电容普遍具有的，只不过2类陶瓷电容的偏压特性更为突出。如：50V耐压的Y5V瓷片电容在应用在30V时，容量只有标称值的30%。

在使用高介电常数系列电容时需要充分考虑其偏压特性。在器件选型时，需要首先考虑施加在电容两端的直流电压，然后根据偏压特性曲线，查看电容在工作电压状态下表现出来的静电容值。在计算电路特性时，需要选择实际工作电压状态下的电容值。
原理：在此温度以下的常温领域，为一个轴（C轴）伸长，其他轴略微缩短的正方晶系（tetragonal）晶体结构。此时，作为Ti4+离子在结晶单位的延长方向上发生了偏移的结果，产生极化，不过，这个极化即使在没有外部电场或电压的情况下也会产生，因此，称为自发极化（spontaneous polarization）。
在一些电介质晶体中，晶胞的结构使正负电荷中心不重合而出现电偶极矩，产生不等于零的电极化强度，且电偶极矩方向可以因外电场而改成，呈现出类似于铁磁体的特点，晶体的这种性质称为铁电性。环境温度对材料的晶体结构也有影响，可使内部自发极化发生改变，尤其是在相界处（晶型转变温度点）更为显著。若温度超过居里温度，则铁电性消失。
如图5-7所示，当将BaTiO3加热到居里温度以上时，晶体结构将从正方晶体向立方晶体进行相转移。伴随此变化自发极化将消失，并且畴（如图5-8）也将不存在。当将其冷却到居里温度以下时，在居里温度附近，从立方晶体向正方晶体发生相转移，并且C轴方向将延长约1%，其他轴将略微缩短，自发极化及畴将生成。同时晶粒将受到因变形而产生的压力。
在此时，晶粒内生成多个微小的畴，各个畴所具有的自发极化处于即使在低电场的情况下也很容易发生相转变的状态。
如果在居里温度以下，以无负载的状态放置，随着时间的延长，朝着随机方向生成的畴将具有更大的尺寸，并且向着能量更趋稳定的形态逐渐进行再配列，从而释放由于晶体的变形而带来的压力。除此之外，晶界层的空间电荷（移动缓慢的离子及空隙点等）将发生移动，并产生空间电荷的极化。空间电荷的极化将对自发极化产生作用，阻碍自发极化的相转变。所以，自发极化从生成开始随着时间的延长，逐渐向着自发极化趋于稳定的状态进行再配列，与此同时，在晶界层产生空间电荷极化，并使自发极化的相转变受到阻碍。
在这种状态下，为了使各畴所具有的自发极化发生相转变，必需要有更强的电场。与单位体积内的自发极化的相转变相同的是电容率，因此如果减少在弱电场下发生相转变的畴，静电容量将降低。上述内容被普遍认为是老化特性的原理。

2.额定电压

额定电压是最低环境温度和额定环境温度下可连续加在电容上的最高直流电压有效值，一般直接标注在电容外壳上。如果工作电压超过电容的额定电压，电容将被击穿，造成不可修复的永久损坏。
电容电压的降额系数至少为80%，高压电容的降额系数至少为60%。
陶瓷电容额定电压：

薄膜电容额定电压：

电解电容额定电压：6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、100V、160V、200V、250V、350V、400V、450V
超级电容额定电压：2.7V、5.5V

3.绝缘电阻

(1)绝缘电阻定义：R=U/IL
U— 电容上所加的电压（V）
IL— 漏电流（μA），微安级。
R— 绝缘电阻（MΩ）
电容器的绝缘电阻与电容器的介质材料和面积、引线的材料和长短以及制造工艺等因素有关。绝缘电阻越高，表明电容器的质量越高。对于同一种类的电容器来说，电容量越大，绝缘电阻越小。通常电容器的绝缘电阻在几百兆欧至几千兆欧之间
(2)时间常数
电容两端施加直流电压时，存在三种电流：
位移电流（充电电流）随时间迅速下降为零。
吸收电流，由于介质缓慢极化建立的，随时间下降缓慢。
漏电流，电介质并非理想的绝缘材料（存在疵点、杂质、易导电的粒子），有稳定的漏电流通过。

评价电容的绝缘电阻时，引入一个与电容几何尺寸无关的参数—时间常数：τ= RC，
式中， τ— 电容的时间常数（MΩ.μF）或（s)；
R— 绝缘电阻（ MΩ）；C— 容量（μF）
绝缘电阻与测量时间的关系:电容器的充电电流是随时间增加而下降,须经过相当长的时间才能达到一个稳定值。但这样测试时间很长,生产上不允许,为了统一,标准规定测量时间为1分钟.
(3)温度因素影响
绝缘电阻随温度的升高而下降，绝缘电阻与温度的关系基本符合介质的体积电阻与温度的关系。即 lgR1 = lgR0– β（t1-t0 ）
R1为温度t1时的绝缘电阻值
R0为温度t0时的绝缘电阻值
聚酯电容的β = 0.03 ～ 0.035
聚丙烯电容的β = 0.03 ～ 0.04

(4)湿度因素影响
电容介质及辅助材料受潮后，绝缘电阻将明显下降。

4.损耗

电容在电场作用下，在单位时间内因发热所消耗的能量称为损耗。各类电容都规定了其在某频率范围内的损耗允许值，电容的损耗主要是由介质损耗、电导损耗和电容所有金属部分的电阻所引起的。
在直流电场的作用下，电容的损耗以漏导损耗的形式存在，一般较小;在交变电场的作用下,电容的损耗不仅与漏导有关，而且与周期性的极化建立过程有关。

5.阻抗特性

随着频率升高，一般电容的电容量呈现下降的规律。当电容工作在谐振频率以下时，表现为容性;当电容工作在谐振频率以上时,表现为感性.此时就不是一个电容而是一 个电感了。 所以，定要避免电容工作在谐振频率以上。

6.ESR和ESL

6.1ESR（等效串联电阻）
（1）ESR组成
陶瓷电容：ESR主要由介质层电阻、内电极层电阻、各接触面电阻和端电极电阻等四个方面组成；起主要作用的是介质层电阻和接触电阻，ESR值基本在5-10mΩ之间。
电解电容ESR由以下三部分组成:
（1）氧化膜介质的等效串联电阻R介质;
(2) 电解质的等效串联电阻R电解
（3）接触电阻R接触。
工艺保证的前提下，R接触可以忽略不计（高频时，由于趋肤效应的原因，需要考虑R接触的影响）；
R介质与频率无关，温度特性也较稳定；
R电解取决于工艺和材料，与频率、温度、外形尺寸等都有关系，是影响ESR的主要因素。

（2）频率对ESR的影响
陶瓷电容：随着频率增加，介质层电阻减小（频率变化影响介质的参数，提高其绝缘性能和效率），在一定频率（1MHz）后，介质层电阻减小到对整体ESR的影响很小，而可以忽略。另外，接触面所呈现的小电容在高频下，容抗减小，更是减小了ESR，但这些到了一定高频（30MHz）后，随着电极层的趋肤效应出现，ESR开始增大。在器件在或接近自谐振点时，其ESR达到最小值。其特性曲线等同于阻抗-频率特性曲线。

电解电容：
低频时，ESR频率特性曲线主要取决于R电解的频率特性，随频率增大而减小；
谐振频率以上，ESR频率特性曲线主要取决于R介质的频率特性，ESR趋向稳定；大容量铝电解电容的谐振频率低（一般在10kHz 以下），ESR随频率变化的特性不明显，特性曲线较为平坦;
高频时，应考虑R接触影响。

（3）温度影响
陶瓷电容：MLCC的ESR与温度呈线性反比例关系，但比例系数与介质有关，X7R为5，而C0G为1.5。温度主要影响了介质层分子极化的初始势能，从而影响了介质层电阻；另外，电极及端极的膨胀压缩导致接触面压力增加，更是影响了整体的ESR。

电解电容：
电解电容的ESR温度特性曲线主要取决于R电解温度特性。
铝电解电容液态电解质的电阻率受温度影响较大，ESR随温度的升高而下降，一般从25℃到高温极限，ESR下降大约35％～50％；从25℃到低温极限，ESR增大10到100倍；

钽电解电容MnO2电解质的电阻率受温度影响不明显，ESR温度特性较好；

（4）CV(容量和额定电压) 对ESR的影响
陶瓷电容：在给定介质和厚度情况下，剩下跟随容量变化的可变量为电极平面数目。可以近似认为，电容为许多小电容并联，因此，其ESR随着容量的增加，并联数目增多而减少。

电解电容：电解电容ESR的CV特性主要取决于R电解的CV特性。
R电解与阳极的有效表面积成反比关系，当容量增大、额定电压增高时，相应阳极尺寸面积也增大，R电解减小；
ESR与容值和额定电压成反比，如相同电压，容量越大，ESR 越小；相同容量，电压越高，ESR越小；
同一系列、电压、尺寸面积的情况下，同一个量级范围的电解电容ESR差别不大。同一尺寸的电容ESR基本一致：

（5）材料、结构和工艺对ESR的影响
陶瓷电容：长宽比，越短越宽，则内电极自身电阻越小，而且越宽接触面积越大，则相应接触电阻也会减小。
电解电容：铝电解电容的铝箔质量、阳极铝箔形成质量、电解液配方的稳定性、引脚的铆接质量等因素影响ESR；
钽电解电容的钽粉质量、阳极成型烧结质量、电解质成型质量等因素影响ESR。
通过采用多个电极引接片、激光焊接电极等措施可以有效降低ESR。借助于激光焊接技术，可在芯包上加上更多的电极引接片，达到较低的ESR值，同时提高电容抗击震动的能力
（6）ESR范围和推算
电解电容的ESR较大；一般在10mΩ～10Ω之间，贴片固体钽电容相对小一些；
通过tgδ也可以推算出ESR值（规定频率和温度）。
ESR = tgδ/ωC tgδ=ESR/ωC ω=2πf
（7）ESR测量
对于铝电解电容，是在 25℃时测试在一个桥式电路中等效串联电路中的电阻值作为ESR 的值，测量桥式电路用120Hz 没有谐波，含量最大AC信号电压为1Vrms 没有正向偏置电压的电源来供电。
6.2 ESL（等效串联电感）
射频电路和载有高波纹电流的电路中，ESL会造成严重后果。精密高阻抗、小信号模拟电路在直流或低频条件下正常工作,但晶体管在过渡频率(transition frequencies)扩展到几百兆赫或几吉赫的情况下，仍具有增益，可以放大电感值很低的谐振信号，ESL同样会造成严重后果。电解电容、纸介电容和塑料薄膜电容基本上是由多层塑料或纸介质把两张金属箔隔开然后卷成一个卷筒制成的，具有相当大的自感。对于高频去耦更合适的选择是陶瓷电容，因为它们具有很低的等效串联电感。
陶瓷电容：
下图表示各尺寸多层陶瓷电容器的额定容量与自振频率的关系。相同容量，尺寸越小，自振频率越高，则ESL越小。由此，可以说长度较短的小型电容器适用于高频领域

多层陶瓷电容器的ESL大小受内部电极结构影响，不随频率、温度变化。
设内部电极大小的长度为l、宽度为w、厚为d时，根据F.W.Grover，电极电感ESL可用公式(3)表示。

由此公式可得知，电容器的电极越短，越宽，越厚，则ESL越小。

电解电容：
铝电解电容的ESL由三部分组成：芯子电感、引线电感、外壳电感（外壳与接地引脚连接时）；
电解电容PCB走线的电感，一般按10nH/inch来计算；inch=2.54cm
铝电解电容ESL和静电容量决定了其应用的频率上限；ESL限制了其在高频场合的应用；
电解电容ESL较为稳定，不随频率和温度变化，主要取决于外形尺寸（CV值越大，ESL越大）、封装和引脚；
通用铝电解电容的ESL不会超过100nH ；SMT封装，其值在2nH~8nH 范围内；径向插装:10nH~30nH；
贴片固体钽电容ESL很小，一般为1～3nH 。ESL值较为稳定，不随频率、温度变化，电容量对ESL 的影响也不太大，主要是封装尺寸的影响。下图为贴片固体钽电容各规格尺寸与贴片陶瓷电容的ESL 对比：

7.相位角

当交流电流过电容时，电容两端的电压相位会滞后电流90°，当电容有寄生电感后，会有一定偏差。

8.损耗角正切（tgδ）

损耗角：由于电容器损耗的存在，使加在电容器的电压与电流之间的夹角（相位角）不是理想的90度，而是偏离了一个δ度，这个δ角就称为电容器的损耗角。
电容器在电场力作用下，单位时间内消耗的能量叫电容损耗，用有功功率表示。仅有功功率不能说明电容器损耗特性方面的质量情况。为了确切的表征电容器的损耗特性，需考虑用所消耗掉的有功功率与它输送的无功功率的比值表示，这一参数叫损耗角正切。
电容的泄漏电阻、等效串联电阻和等效串联电感，这三项指标很难分开，将它们合并成一项指标，称作损耗因数(disspation factor)或DF，主要用来描述电容的无效程度。损耗因数定义为电容每周期损耗能量与储存能量之比。
（1）定义和测试条件
在规定频率的正弦电压下，电容的损耗功率除以电容的无功功率为损耗角正切，又称为损耗因子（D.F.）。
根据电容的等效电路，串联等效电阻ESR同容抗1/ωC之比称之为tgδ，即tgδ=ωC*ESR；
测试条件：（测量温度为20℃）。
陶瓷电容：

薄膜电容：1KHZ（大于1uF,120Hz）、温度20℃、测试电压为0.1V或0.3V。
电解电容：频率120Hz、温度20℃；
（2）典型值：
陶瓷电容：


薄膜电容：通常小于0.1%
电解电容：

（3）频率对tgδ的影响
薄膜电容：
薄膜电容tgδ随频率增大而增大；


电解电容：
电解电容的tgδ随频率增大而增大，损耗功率增大；

（4）温度对tgδ的影响
薄膜电容

电解电容
铝电解电容为液态电解质，tgδ低温特性较差（随温度下降而增大）

钽电解电容的tgδ温度特性稳定。
（5）电压因素影响
薄膜电容：
电压对损耗影响很小，但当电压足够高，引起气隙电离时，损耗增大。
在电离损耗中，除了由于气隙电离引起的损耗外，还有一种所谓"闪烁效应"引起的损耗。由于工艺不佳，在极板边缘可能会含有不连续金属膜层和孤立的导电微粒，在较高电压作用下，它们之间会发生微放电现象，这就是所谓的"闪烁效应"。
电解 电容：tgδ与额定工作电压成反比，相同容量，电压越高，tgδ越小；tgδ与静电容量成正比比，相同电压，容量越高，tgδ越大；
（6）湿度因素影响
潮湿环境条件下，电容表面逐渐凝结水份，使漏导电流增大，损耗增大；同时水份进入电容内部，对金属化层起氧化和腐蚀作用，损耗增大。
（7）材料、结构和工艺因素影响
材料、工艺是影响tgδ的主要因素。

9.品质因数

品质因数用来表征一个储能器件(如电感线圈、电容等)、谐振电路所储能量同每周损耗能量之比的一种质量指标。
电容的品质因数：无功功率的绝对值与有功功率之比，即损耗角正切的倒数，即Q=1/tgδ;

10.漏电流（主要是电解电容）

漏电流定义为施加额定工作电压若干分钟以后流过电容的电流。
10.1漏电流的组成
电容的漏电流由两部分组成，即介质漏电流和表面漏电流。
电解电容的氧化膜介质表面或多或少地存在各种极微小的疵点、空洞以及缝隙之类的缺陷；在外加电压的作用下，缺陷处的电子和离子作定向运动,形成介质漏电流；
电解电容两引出端之间及表面存在一定的杂质离子,杂质离子在外加电压的作用下作定向运动,形成表面漏电流。
10.2最大漏电流估算方法
IR=K·C·U
式中，IR=漏电流；
K—漏电流常数，μA/V·μF；K值一般为0.0025～0.05；
C—标称电容量，μF;
U—额定电压，V。

10.3漏电流测试条件
铝电解电容的氧化膜介质上浸有电解液，刚施加电压时，重新形成以及修复氧化膜时会产生较大的电流（包括位移电流、吸收电流和漏电流三部分），随着时间的延长（一般规定为1～2分钟），位移电流和吸收电流迅速减小，并最终保持稳定的电流值，即为漏电流。

10.4温度对漏电流影响
温度升高，电容内部杂质离子的迁移能力急剧，漏电流增大；在相同电压情况下，铝电解电器的漏电流及损耗随温度的升高而变大，当温度从室温25℃上升到85℃时，漏电流通常将增大 3 倍。

10.5电压对漏电流影响
工作电压升高，导电的杂质离子数目增多，漏电流增大；当电压接近极限耐压时，漏电流急剧上升；通过测试漏电电流，可以推算出电容的极限耐压；

3.7.6储存时间对漏电流影响
电解电容长期存储，电容内部的杂质离子破坏介质氧化膜，还有电解液中的水分侵蚀介质氧化膜等，导致电容的漏电流增大。
3.7.7材料、结构和工艺对漏电流影响
杂质含量： 一方面来自原材料（例如：铝电解电容的阴阳极箔、绝缘纸、电解液中的化工材料等）；另一方面来自生产工艺（生产过程的清洁程度）；
氧化膜质量：腐蚀和形成工艺的影响,阳极箔的漏电流将直接影响到电容的漏电流大小。

11.纹波电流（主要是电解电容）

11.1纹波电流（最大允许纹波电流）定义：在最高工作温度条件下电容最大所能承受的交流纹波电流有效值。由于ESR的存在，电流中的高次谐波成分在电容上发生耗散，如果电流的纹波成分过大，超过了电容的最大容许纹波电流，会导致电容烧毁。
纹波电流可以用电流枪配合示波器（交流耦合方式）进行测试，方法为将电流枪与电容串联进行测试。5度法则测试纹波电流：电容电流,当温升为5度时的电流就为纹波电流。
11.2频率对纹波电流的影响
电解电容的ESR随所施加电压的频率改变，纹波电流也随之改变。一般情况下，纹波电流与频率成正比关系，低频时纹波电流较低。
11.3温度对纹波电流的影响
电解电容的ESR随环境温度改变，纹波电流也随环境温度及电容自身温度的改变而改变。一般情况下，纹波电流与温度成正比关系，低温时纹波电流较低。
11.4纹波电流影响电容寿命
纹波电流对铝电解电容器的影响主要是ESR产生功耗，使铝电解电容器发热而缩短其使用寿命。随着纹波电流的增大，电容器的寿命缩短。其原因是纹波电流增大，功耗增加，热点温度升高，致使寿命缩短。当纹波电流过大时，还会造成热失效。

11.5实际纹波电流测量
纹波电流测试的测试条件是：标准频率120Hz(或100Hz)、最高工作温度条件，需要根据实际应用参数进行折算。
（1）整流电路后级滤波电容按照整流后的对应频率系数；
（2）开关电源后级滤波电容按照开关频率对应的频率系数；
（3）电容实际应用温度指电容工作的自身温度=环境温度+电容自热温度。
（4）电容工作的自身温度测试时注意事项：电容的绝缘皮割开一个小口（3~4mm2）露出铝壳，用较薄的安规胶布紧挨铝壳贴住，再安装温度传感器。

11.纹波电压（主要是电解电容）

纹波电压（最大允许纹波电压）定义：在最高工作温度条件下电容最大所能承受的交流纹波电压有效值；
纹波电压=纹波电流*ESR
纹波电压的破坏力：
当电容用于级间耦合或脉冲电路时，在电容上施加的直流电压叠加交流电压成分的幅值，当交流分量的负峰值电压超过正直流电压值时，就会使极性电容处在反向工作状态，漏电流剧增，破坏正向工作特性。
纹波电压可使电解液极化，且对损耗电阻影响很大，所以要对加到电容上的纹波峰值电压进行有效的控制。

12.寿命（主要是电解电容）

12.1 阿列纽斯(Arrhenius)方程
阿列纽斯方程是用来描述化学物质反应速率随温度变化关系的经验公式。电解电容内部是由金属铝等和电解液等化学物质组成的,参考阿列纽斯方程，可以评估电解电容的寿命。
阿列纽斯结论：温度升高，化学反应速率（寿命消耗）增大，一般来说，环境温度每升高10℃，化学反应速率(K值)将增大2-10倍。
12.2寿命推算
热点温度（电容内部温度最高的点）是影响电容寿命的主要因素。影响热点温度的因素：纹波电流等引起的温升、环境温度、从热点传递到周围环境的总的热阻。

WL电容，105℃ 5000hours ，纹波电流实际温升5℃实际工作温度60℃估算寿命：13年；实际工作温度70℃，寿命6.5年；合理的布局控制温升可有效提高寿命

四、失效分析

1.陶瓷电容

1内部因素失效
（1）陶瓷介质内空洞(Voids)
导致空洞产生的主要因素为陶瓷粉料内的有机或无机污染，烧结过程控制不当等。空洞的产生极易导致漏电，而漏电又导致器件内部局部发热，进一步降低陶瓷介质的绝缘性能从而导致漏电增加。该过程循环发生，不断恶化，导致MLCC开裂、爆炸，甚至燃烧等严重后果。
（2）烧结裂纹(Firing Crack)
烧结裂纹常起源于端电极，沿垂直方向扩展。主要原因与烧结过程中的冷却速度有关，裂纹危害与空洞相仿。
（3）分层(Delamination)
分层是 MLCC制造中最重要的质量问题。造成分层的原因是多方面的：相关工艺有印刷、叠片、热压和切割等；相关材料是内电浆、 瓷膜、端浆等；工艺与材料作为分层原因有时是交互发生的。
MLCC的烧结为多层材料堆叠共烧，MLCC 的瓷膜主要成分是 Ba、 Ti、Ca 等的氧化物及有机粘合剂等，内浆主要成分是金属粉(成分为银钯或镍)、树脂、溶剂、无机添加物。瓷膜与内浆在排胶和烧结过程中的收缩率是不同的，往往内浆的收缩率大于瓷膜的收缩率，并且内浆往往先于瓷膜收缩，这样在烧结成瓷过程中，由于两者之间的收缩差异导致电极与瓷体间开裂 ，由此会在芯片内部产生应力使MLCC 产生有规律的再分层现象，所以材料收缩的温度范围及随温度的收缩率不同是造成收缩率失配分层的根本原因。
（4）端电极Sn镀层的焊接失效
MLCC端电极可焊性变差的原因是由于烧渗过程中Ag浆中玻璃料物质的溢出，影响了Sn镀层的连续性，玻璃料物质中的主要成分Si02和Sn镀层中Sn的焊接温度相差很大，导致在焊接过程中Si02不能熔化，影响了MLCC端头的可焊性。
（5）银离子迁移
MLCC内电极是Ag-Pd合金 ，端电极是Sn 、Ni、Ag三层镀的一次烧成工艺与多层叠片结构。银电极与陶瓷介质一次烧成过程中，银参与了陶瓷介质表面的固相反应，渗入了瓷-银接触处形成界面层。 如果陶瓷介质不够致密，银离子迁移不仅发生在陶瓷介质表面，还能扩散到陶瓷介质内部，引起漏电流增大，严重时可使两个银电极之间完全短路，导致电容击穿。
2外部因素失效
（1）温度冲击裂纹(Thermal Crack)
主要由于器件在焊接特别是波峰焊时承受温度冲击所致，不当返修也是导致温度冲击裂纹的重要原因。
回流或波峰焊温度曲线，一般器件供应商都会提供相关的建议曲线。通过组装良品率的积累和分析，可以得到优化的温度曲线。
返修工艺中温度曲线的设置。如使用烙铁返修，则焊头接触焊点的位置、时间等都必须加以规范。
（2）机械应力裂纹(Flex Crack)
MLCC的特点是能够承受较大的压应力，但抵抗弯曲能力比较差。器件组装过程中任何可能产生弯曲变形的操作都可能导致器件开裂，封装越大越容易受应力影响。常见的失效发生在电路板折板、元器件放置、板子组装插入的部分和放置MLCC十分接近于电路板边缘的地方。常见应力源有：贴片工艺过程中电路板操作；流转过程中的人、设备、重力等因素；通孔元器件插入；电路测试、单板分割；电路板安装；电路板定位铆接；螺丝安装等。该类裂纹一般起源于器件上下金属化端，沿45℃角向器件内部扩展。裂纹成为贴装到电路板上的MLCC的最普遍的失效模式。
AVX是当前唯一可以在BME电容上提供FlexiTermTM 技术的生产商。FlexiTermTM作为附加韧性的高传导性终端材料被加入AVX的标准X7R介质MLCC中，从而生产出新的范围值的FlexiTermTM多层MLCC，保证原器件在受到外力的时候仍保持完整的电气性能，降低了失效的风险。

在组装工艺中印刷线路板操作和流转过程中特别是手工插件、铆钉连接、手工切割等工艺需要特别加以注意。必要时甚至需要对产品设计进行修改，以最大限度地使多层陶瓷电容避开在工艺过程中可能产生较大机械应力的区域。
检查组装过程中的电检测ICT工艺，必须注意尽量减小测试点机械接触所带来的机械应力。
（3）过电压击穿
电容在电场作用下，瞬时发生的击穿为电压击穿。其机理是电容介质中的自由电子在强电场作用下，碰撞中性分子，使之电离产生正离子和新的自由电子，这种电离过程的急剧进行，形成雪崩式的电子流，导致介质击穿。这类击穿是在环境温度不高的情况下，一般发生在介质损耗小，内部结构比较均匀的固体介质中。击穿的发生与施加电压的时间和环境温度无关，主要取决于介质的微观结构，也和介质厚度、电极面积等因素有关；对于MLCC来说，发生电击穿除了与这些提到的因素有关外，还与其内部电极的边缘电场畸变有更为直接的关系。
（4）过电流击穿
任何电容都有功率消耗， MLCC的功率消耗是将电能转换成热能，它的一部分与环境交换而散发，另一部分会使电容发热、温度升高。在正常情况下，电容产生的热能应小于或等于其最大散发的热能，这样电容工作在热稳定状态，介质温度恒定。如果电流有效值，过大，使电容产生的热能(P=I2RESR)大于其散发的热能，则热量会形成积累，导致电容内部的温度升高，这会使介质损耗增加，又将引起温度的再升高(RESR =介质损耗+金属损耗)，最终导致陶瓷内部介质层损坏。这种因电流过大造成的击穿，通常发生在RF电路或去耦电路中。如要避免出现电流击穿的问题，从电容的设计上，一是要尽量降低MLCC的等效串联电阻，二是要保证MLCC的金属内电极要有足够的电流负荷能力。
3失效分析方法
（1）扫描超声分析
扫描超声是分析MLCC的最重要的无损检测方法，可以十分有效地探测空洞、分层和水平裂纹。由于超声的分析原理主要是平面反射，因而对垂直裂纹如绝大多数的烧结裂纹、垂直分量较大的弯曲裂纹的分辨能力不强。
（2）甲醇检漏
　　对于严重的分层或开裂，可以使用甲醇检漏法，即将失效器件浸入甲醇溶液中。由于甲醇为极性分子，且具有很强的渗透力，因而可以通过毛细管作用渗透进入严重分层或开裂部位。加电后产生很大的漏电流，从而可帮助诊断。
（3）金相剖面法
金相剖面既是最经典，同时也是最有效的陶瓷电容的失效分析方法。其优点是通过剖面及相应的光学或扫描电子显微镜检测，可以得到失效部位的成分、形貌等精细结构，从而帮助失效机理的分析。但其缺点是制备比较复杂，对制备技术要求比较高，同时为破坏性检测手段。

2.电解电容

4.1.4短路
现象：氧化膜劣化，氧化膜，电解纸的绝缘作用受到破坏。
失效原因：氧化膜的缺陷；金属微粒附着；铝箔引线毛刺；引线受到异常外部应力
4.1.5开路
现象：引出CP线与铝箔接触不良或腐蚀。
失效原因：引出线与铝箔铆接不实；机械应力；引线受到异常外部应力；含有卤素的洗净剂的侵蚀；粘接剂、涂层剂材料使用不当。
4.2钽电解电容失效模式
钽电容对脉动电流的耐受能力差，若损坏易呈短路状态；在过流、过压时易产生爆炸和燃烧，安全性较差。
Ta2O5不可能完全纯净,存在PPB级的金属杂质,在存在金属杂质(小孔/裂缝)的地方,容易产生连续的电流,在满足大电流及长时间的情况下，MnO2及Ta2O5开始加热,470℃时MnO2 开始分解成Mn2O3,释放出O2, Mn2O3会形成保护层, 此时叫自愈现象；但如果电流太大介质开始受热, 温度升到520℃, Ta2O5变成晶型结构,同时释放热量, 扩散阻止了Mn2O3的保护作用,使电流不能减少, 导致会形成更多的Mn2O3及O2, 缺陷点附近的Ta受热后吸收O2，这是一个释放能量的反应因而会燃烧。

4.3铝电解电容失效机理分析
4.24.34.3.1过电压失效机理分析----氧化膜击穿
电容上施加的电压不得超过额定的工作电压，直流下工作的电容，当承受一定的交流电压时应保证交流电压的幅值与直流电压之和不得超过额定直流电压，同时交流电压在整个电压中只占很小的一部分，如果电压瞬间突然上升，在氧化膜的膜孔中积存大量的氧气，堵塞了膜孔，而膜孔中的氧气在这样高的电压下就会产生气体放电，导致电容氧化膜的击穿，使电容性能超差。另外，根据公式
IR=K·C·U
式中，IR=漏电流；
K—漏电流常数，μA/V·μF；K值一般为0.0025～0.05；
C—标称电容量，μF;
U—额定电压，V。
过压情况下，正向漏电流急剧飙升。例如：额定电压为100V的电容漏电流只有几μA；电压一旦超过100V，电流迅速上升，120V时漏电流可以达到50μA。阳极箔片电压因热量的产生及自身绝缘的崩溃而减小时，大电流流经电容并在短时间内引起内部压力的激增。如果安全阀门开启，转变成气体的电解液将很快被释放出去。根据统计和分析，与电网接近的开关电源PFC输出电解电容的失效，主要是由于电网浪涌和高压损坏。

Q1:
铝电解电容被施加以超过规定电压的电压时，会产生什么样的影响？
A1:
铝电解电容的阳极箔处形成一层酸化皮膜，但它只是可以承受最高使用温度中规定电压的连续施加。在施加以这个酸化皮膜承受能力以上的电压时，铝电解电容的阳极箔会形成相当于施加电压的酸化皮膜。此时的反应使电容产生气体，内压上升。作为电容的特性，会出现静电容量减少，损失角正接的增加。产生的气体的数量，会随施加的电压和电容周围的温度的升高而增加。随之，电容的内压会升高，封口材料(橡皮圈)发生膨胀，而且安全装置会开始启动（没有安全装置的产品，橡皮圈就会飞出）。因此，要避免在超过规定电压的回路中使用此电容。施加超高电压时造成的构造方式的破坏有以下几种：

1. 打开
   　 安全装置松动（或者橡皮圈脱落）、电容内部的电解液向外部扩散,变干,从而处于开放状态。
2. 喷射
   　 如果被施加以高于阳极箔、电解液和分隔纸所能承受的高压时，会造成绝缘损坏，以致于出现电解液喷出现象。

（1）反向电压失效机理分析—反向击穿 铝金属板的氧化
反向施压时，即使很小的电压也会产生很大的反向电流（在短时间内，电容器也可承受幅值不高于-1. 5V的反向电压）。以额定电压100V为例，当反向电压为3V左右时，漏电流就达到50μA，铝电解电容器内部损耗会很大，电容失效。因此在使用中，禁止在铝电解电容器两端加上交流电。

Q2:
铝电解电容被施加以与极性相反的电压时，会产生什么样的影响？
A2:
有阴极阳极之分的铝电解电容的阳极箔，为了能够承受规定的电压,而强制性地进行化成处理；阴极箔由于没有这种处理，所以本质上没有耐压性。但是，由于铝是活性金属，与空气中的氧气产生化学反应，会自然形成酸化皮膜，由于这个皮膜的作用，在常温中也会有１～１．５Ｖ的耐压能力。由于这种皮膜的不均一性和不稳定性，而无法保证阴极的耐压性。在对极性有反应的回路中，我们推荐使用无极性的铝电解电容。有极性的铝电解电容，在其阴极箔上施加以超出耐压范围的电压时，阴极箔和电解液中水分被电分解，由于电解产生的氧气和阴极箔发生化学反应，在阴极箔表面形成酸化皮膜（阴极箔的化成）。这种反应会使阴极箔容量降低，电容的容量则由于阳极箔和阴极箔的合成容量而减少，损失增加。另外，这种 反应还会使电容内部产生气体，使内部压力增加。增加的电压越高、电容周围的温度越高，产生的气体就越多；而且增加电压和其周围的温度会使电容的封口膨胀，有时还会使安全装置松动，没有安全装置的电容，其封口还有脱落的可能。因此，要避免使用可能造成与电容极性逆接和在施加反向电压的回路中的使用。

4.3.2电流过载失效机理分析—纹波电流超标
直流下工作的电容可承受一定的交流分量(即纹波电流)，但其振幅值也不能超过允许的额定值，产生电流过载的原因是由于开关动作或设备上元件发生故障所产生的瞬时纹波电流引起的，此种电流持续时间过长或幅度过大都会引起电器发热并加速电容内部的各种化学反应，尤其是电解电容器。按法拉第电解定律，电解时，在电极上析出物质的重量和通过溶液的电量成正比：G=C·I·T
式中，G=电极上析出物质的重量(g)；
I=通过电流强度(A)；
T=通过时间(h)；
C=电化当量(常数)g／A．h。
通过lA．h的电量，就会从各种化合物中析出相等当量的物质，由于电流突然增大使如下反应加速：

由于放电离子多，产生晶格越多，氧化膜厚度增加，破坏了正常的氧化膜修补作用。(OH)一离子越增加，其离子浓度在阳极附近大大减少，氧化膜的形成，向浓度比较高的地方伸长。集聚的气体过多易产生漏液或爆炸，使电容失效。所以一定要防止电流过载。
4.3.3温度冲击失效机理分析—温度过高、过低
电容的导电能力由电解液的电离能力和粘度决定。温度引起过热是电容可靠性下降的重要原因，温度上升使一切化学的、电化率的反应加速，从而使材料性能恶化而引起失效，电容消耗电场的能量变成热能，产生的热量与传导出去(散发)的热量相等，那么，电容就能保持热平衡，正常工作。根据焦耳楞次定律Q=0.24I2RT，温度升高放出的热量增加，如散发不出去电介质的温度就迅速上升，导电率随之增加，失去热平衡，介质损耗急剧增大，导致在散热最不好的地方产生热击穿。另外，温度增高使电解液浓度缩小，根据华尔顿定律：(C=常数，η=粘度，r=导电率)，粘度大，电阻率大，导电率小；浓度大，渗透性差，失去了提供修补氧化膜的电化学能力，影响容量，导致电容失效。
温度太低，电解液凝固，膜与保护层硬化、开裂，使电性能也明显恶化，如低温超过-40℃，阻抗就增大。

4.3.4电解液干涸失效机理分析
铝电容的电解质为液态，芯子发热将导致电解液挥发，长期下去最终干涸失效。
铝电容内部芯子的温升主要是由于ESR 、Rp电阻的损耗发热导致（相对来说，Rp的损耗远小于ESR 的损耗，可忽略）。
电容应用在脉冲交流电路中时，如工频的整流平滑滤波、开关电源输入输出滤波等，纹波电流流经ESR 产生的损耗发热严重影响器件的使用寿命，因为器件内部温度的上升，工作电解液蒸发量增加，使电容容量减小，tgδ增大，长期下去导致电容干涸失效。因此器件手册给出的纹波电流值实际是由ESR 决定的，ESR 大，必然允许纹波电流要小。
一般，电解液损失40％时，容量下降20％；损失90％，容量下降40％，此时，芯子已基本干涸，不能再使用了。从实际应用情况看，挥发干涸只是对在高温场合下运行的小体积（小容量，<10uF ）铝电容（电解液少）有影响（在大于75℃的高温场合，应尽量少用小尺寸的铝电解电容），而对于一般的大容量铝电解电容，在大多数应用场合下，在10～20 年的时间内都不会发生干涸失效（大多数应用场合指：纹波电流不超过额定值时，芯子温度不高过环境温度5℃；环境温度在45℃～55 ℃，此外仍需注意高温及纹波电流过大或ESR 过大造成内部芯子温升的情况）。
由于铝电容ESR 和ESL 都较大，在运用不当时，将会对电路功能可靠性造成影响，纹波电流流过ESR 和ESL 而产生大的纹波电压。
4.4钽电解电容失效机理分析
4.44.4.1 过电压失效机理
过电压失效是指工作电压或浪涌电压突然过高，局部闪火，导致介质击穿。同时，钽电解电容的氧化膜不可避免地存在着杂质或其它缺陷，长期经受的高工作电压导致这些部位的电流密度较大，局部高温点出现，从而留下了诱发“晶化”隐患，当温度升高时，便促进了晶核的形成和生长。试验表明，使晶体生长到足以引起氧化膜破裂临界尺寸的时间是场强的指数函数。随着施加电压增加（即场强提高）和环境温度的提高（相应的缺陷部位温度更高），电容的失效率也就增加，在晶体生长阶段，对电容性能并没有显著影响，只在氧化膜破裂时，绝缘会完全丧失，导致突然失效。有效的预防措施如下：
提高固体钽电容可靠性，必须降额使用。
增加钽电容的输入外接电阻，通过电阻的分压减小电容的峰值电流，可以提高钽电容的可靠性。
电流瞬态冲击峰值幅度取决于钽电容的ESR,容量越高、体积越大的钽电容ESR越小，因此大容量的钽电容通常由多个小容量的钽电容并联代替。
4.4.2过电流失效机理
固体钽电容的Ta2O5 介质氧化膜具有单向导电性，厚度只有10-10 m级，无大电流时，介质氧化膜相当稳定，其离子排列规则无序，呈五彩干涉色（称之为“无定形结构”）；大电流时，温度升高，无定形结构向定形结构逐步化，离子排列变为有序，不再是五彩干涉色，而是无光泽、较暗的颜色（称之为 “晶化 ”）,大多数情形下，自愈特性会修复这些疵点，但在充放电过于频繁的场合，这种介质瞬时击穿突然失效。因此，电压一定时，串联电阻可以显著减小失效。
例如应用在计算机电源里作为去耦元件以及开关电源的输出滤波元件时，所遇到的瞬时高频大电流的冲击，分析其失效原因发现MnO2层及银层部分，已破裂脱开钽块，由于局部热点的低阻和较差的热导接触，发生局部高温，最后造成介质的热击穿，按照传输线理论，电容钽块可视为RC组成单元，在高频时（例如脉冲的前沿部分），电流只在钽块表面通过，而未及内部，因此电量集中在表面，电流密度很大。未能均匀分布在钽块全部，所以表面成为电量集中区域，而主要集中在钽块的一小部分面积上，如钽块的上下肩部，一方面该处曲率很大，不利于导热和散热；另一方面，肩部的MnO2 层较薄，电阻小，因此冲击电流失效的击穿是源于发热。

3.薄膜电容

电容在工作应力(电压、纹波电流、充放电循环次数等)、环境应力(温度、湿度、大气压等)的综合作用下工作，可能同时产生一种或几种失效模式，还可能由一种失效模式导致另外失效模式或失效机理的发生。例如，温度应力既可以促使表面氧化、加快老化和电参数退化，又会促使电场强度下降，加速介质击穿。电容的失效机理与产品的类型、材料的种类、结构的差异、制造工艺及环境条件、工作应力等诸多因素有密切的关系。
4.1 潮湿引起的失效
潮湿是引起薄膜电容电性能参数退化的主要原因。这是因为水分子具有很强的渗透和扩散能力，水的介质常数很大(￡=80)，损耗也很大，从而导致电容的电性能急剧恶化，如绝缘电阻及耐压强度下降，介质损耗角正切值增加和电容量变化。环境温度升高时，水分子的渗透和扩散能力增强，高温高湿环境(比如85℃X85％RH)对电容的电性能影响更为显著，导致产品失效率增加，可靠性降低。
潮气对电容的影响主要有两种方式：一种是以水膜状态附着在产品表面上；另一种是渗透到介质材料内部。当电容表面环氧包封料保护层材料介质存在缝隙、微孔等缺陷时，其影响更加显著。当环氧包封料保护层不良时。一旦薄膜电容暴露在高温高湿度环境中。它的介质和电极很快老化，引起损耗变大，尤其在85℃X85％RH情况下，最终电容将由于过热过湿而失效。解剖失效品的芯子后会发现金属膜材料老化收缩，有时甚至可出现发白现象，这就是薄膜电容受高温高湿气体冲击，导致产品的芯子中部膨胀鼓起，并发生变形现象。

4.2击穿失效
（1）电击穿
电容器在电场作用下，由于介质内部的微观结构变化，或介质边缘放电，使电子电导增大而发生短路的现象，特点是瞬间电压作用下的击穿。
（2）热击穿
电容在工作过程中，局部过热使其热平衡状态受到破坏而发生的短路现象，其根本原因在于电容的热平衡状态受到了破坏。所谓热平衡状态，指电容由于功率损耗导致自身温度逐渐升高，温度上升到一定数值保持恒定；此时，损耗产生的热量等于沿电容表面向周围环境中散发的热量。在热平衡状态，电容没有热量积累，不会发生热击穿。但是，当电容产生的热量来不及向外界散发时，电容内部的温度将会越来越高，损耗会愈来越大，形成恶性循环，超过介质的最高极限温度时，介质局部将收缩、烧裂、熔化，直至完全丧失绝缘性能。
（3）老化击穿
电容器在长期电压作用下，介质发生不可逆的物理化学等一些列变化，使介质受到破坏，击穿电场强度随时间的增加而逐渐降低。

五、应用与选型

1.应用（未更新完）

1、电源滤波

2、电源去耦

3、电源旁路

4、自举电容

5、自举电容

6、ADC采样滤波

7、按键滤波

8、复位滤波

9、晶振电容

2.降额与选型

大多数工程师只需要掌握陶瓷电容和铝电解电容就够了，因为大部分电路设计的场景是以MCU、CPU为核心的数字电路，以及外围的时钟和电源电路，这两种电容正好可以满足数字电路的这几个场景。

1、降额规范

1、钽电容

2、非固体铝电解电容

3、固体铝电解电容

4、陶瓷电容


5、薄膜电容

1、功能

电源电路：大电容选择电解电容，用于储能、低频滤波；小电容选择陶瓷电容，用于高频滤波，EMC用安规电容，备用电源用超级电容
信号处理电路：一般都选择陶瓷电容

2、厂家

国外：村田 muRata、松下 PANASONIC、三星 SAMSUNG、太诱 TAIYO YUDEN、TDK、威世
VISHAY、等等。
国内：国巨 YAGEO(中国台湾)、风华 FH、宇阳科技 EYANG、信昌电陶 PSA、三环 CCTC 等等。
一般大家选择村田 muRata、国巨 YAGEO就可以

3、封装、耐压、精度

封装主要看电路板空间要求，若无特殊要求则选择小封装，成本更低，耐压是取决于施加在电容两端的电压，一般要进行降额处理，耐压高、容值高的电容一般体积会很大，精度一般10-20%都可以接受。

4、容值

容值选择一定要考虑归一化问题，即优选常用电容，一般使用E6标准值(10、15、22、33、47、68)，若无特殊要求陶瓷电容最常用的是0.1uF与10uF,电解电容常用的有22uF、47uF、100uF、220uF、470uF，同一块电路板中电容尽量相同。

3.采购

1、立创商城

如下图所示，依次选择功能，厂家，封装、类型、精度、耐压、功率，阻值。立创商城优点是元器件种类丰富，有datasheet，唯一不足就是不包邮。

2、淘宝

淘宝直接搜类型、容值就行，淘宝优点是包邮，缺点是元器件很杂，卖家都不一定知道他是哪个厂家，也不提供datasheet。

4.设计

1、立创EDA

如下图所示，依次选择功能，厂家，封装、类型、精度、耐压，容值。

2、AD

5.库存管理

一定要建立属于自己的库存管理，方便查找库存数量、价格、datasheet、选型。