有这样的一个工作经历,有一个客户的线和电解电容靠在一起,线路高温把电容的绝缘皮融化,电容的铝壳漏出来。供应商销售经理是说其一铝壳是和负极接在一起(我测量过其实不是直接导通,有2V左右的电压,后来有一次工作碰到外壳被电过),其二电线不要喷到电容外围,或者电容就要做两层绝缘。后来我找到了供应商技术部长,部长建议:电容是不允许高温烘烤,哪怕还能正常用也要更换,电源的引脚和PCB的焊盘能加上绝缘垫片更好。
为了探究电容原理,拆了好几个电容,里面一股化学味道儿,里面的结构和图2所示基本一样。
2、存在电势差时,高电动势指向低电势(高往低流),正电荷不移动,电子从高电势往低电势移动。此时由于电介质绝缘阻扰电容阳极和阴极内层间的电子穿透,所以阳极的电子被驱赶通过电缆往阴极走,阴极的电子被累积。此时阳极呈现电的正性,阴极呈现电的负性。
3、电势差加在电容两端的充放电时间,Uo=Ui-Ui*e^(-t/(RC)),RC是积分时间常数。通常上是取Uo=Ui*95%(估算95%-98%)为充满的时间,工作上通常选3RC-4RC为充满电时间。这里软件仿线倍。
5、电容两端的电压不会突变。电容的充电和放电与电势差有关,一旦充电饱和,电容就不会再充电(隔直通交),通过不断不同的充放电形式,输出不同波形。【电容充电过程不等效于短路,充满电后不等效于开路】
6、电容内层结构上是绝缘的,但由于存在工艺性能、电介质的极化效益和离子漂移情况,出现少电流在电容内部通过,这个在电路上应该是漏电流现象。
(2)由于电极表面存在的电流,而电流必然带来电感使电极表面分布有一个串联电感(ESL);
9、集成电路可看成一个等效电流或电压源,为了使噪声最低,供电网络的阻抗应该尽可能小。在一定的频率范围内,加大去耦电容可以有效减小网络阻抗。但在实际应用中,由于电容器固有的寄生电感和电阻,并且这些寄生参数随着频率的增大也会增大,尤其在高频高速的工作状态,电容的这种退耦作用甚至会消失。并且通常电容越大体积也越大,所带来的寄生电感也越大。为了减少供电网络的阻抗,,理想去耦电容是电容值越大越好,寄生电感越小越好,体积也越小越好,以利于靠近集成电路的电源和接地入口。[3]
10、电容理论上是不产生也不消耗能量,是储能元件。实际上是发热的,不同产品发热量自然不同,我以前在某一个的烤机过程,测过温度有达到40摄氏度。
11、电容能够提高效率、提高功率因数。其一比如LCC电路,拓扑上变压器的漏感和电容就可以组成一个谐振电路,当然再多几个电容和电感都是可以的,看如何计算。减少损耗,提高效率,按照按照能量守恒和定积分分析,如果在关断过程中,如果电压和电流都是最小值投影到区域内,他们的面积就会更小,损耗就小。如果在导通过程中,如果电压和电流都是最大值投影到区域内,他们的面积就会更大,能量转换就更加有效。其二比如感性负载,感性负载的电压超前,可以并上电容的电流超前来补偿,最终使得电压和电流投影得面积更大,减少不必要得无功功率,提高有功功率分比,功率因数数学理论上100%是满足得,但是实际受到限制,经常见到产品是0.85。
12、电容必然存在漏电流,没有电介质是完全绝缘的。漏电流过大可能出现“雪崩现象”,电容会失效,甚至短路,会使用如前面的电路,串联一个3V/欧姆电阻阻抗匹配。
【1】 去耦,在电源的输出端并联一个适当的电容,犹如水库的缓冲作用,可以大大减小负载等的波动对电源的影响,这就是退耦作用。[4]
【2】 谐振,如单片机外界无源晶振和负载电容组成谐振电路,给单片机提供时钟信号。
【5】 滤波,射频电路、高频信号的串接电容,如组成基本的LPF、HPF、BPF、BEF滤波电路等。
此图来源于Mutara datasheet,主要特点就是电流上升过程,当供能不足时,电压会被拉低。
1、一般电容内部模型构想,整体有两个储存电能的容器,中间绝缘,理论上是没有电子通往,受到电场作用。工作时是一个充电和放电的过程。2、充放电公式:Uo=Ui-Ui*e^(-t/(RC))3、Xc=1/(2πfC) (Xc是容抗)