電容分類與應(yīng)用場景

電容的分類

參考：電容器 | 電子元器件 | 村田制作所 (murata.com)

電容種類繁多，按不同的分類依據(jù)可劃分成不同的品類。如按封裝可分為貼片電容和 直插電容 ；按極性分類可分為有極性電容和 無極性電容 ；按工作電壓分類可分為低壓電容、中壓電容和高壓電容。

下面我將依據(jù)一般的分類方法即 按介質(zhì)材料分類 ，介紹幾種流行的電容器。

3.1 陶瓷電容

參考：[陶瓷電容 - 維基百科，自由的百科全書 (wikipedia.org)] https://zh.wikipedia.org/zh-hans/%E9%99%B6%E7%93%B7%E7%94%B5%E5%AE%B9 。

美國EIA為陶瓷電容制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn) ，將其依據(jù)電容穩(wěn)定性和容積效率分類。

• Class 1 陶瓷電容：有溫度補(bǔ)償，電容值準(zhǔn)確的電容器。在不同的電壓、溫度下的穩(wěn)定性最佳，且其損失最少。但是其容積效率也最低。
• Class 2 陶瓷電容：其容積效率較Class 1電容要好，但其電容準(zhǔn)確度及穩(wěn)定性較差。一般的Class 2電容在?55°C至85°C的溫度范圍內(nèi)，電容量誤差值會在15%以內(nèi)。

Class I 電容有三個(gè)字的識別碼，第一個(gè)字表示電容隨溫度的變動(dòng)量，以ppm/°C來表示，第二個(gè)字是其10的乘冪，第三個(gè)字是電容隨溫度的變動(dòng)量（以ppm/°C來表示）的最大允許誤差，如下圖所示。

例如：C0G的電容，其容值不會隨溫度變化，誤差在±30 ppm/°C之間；P3K的電容，其容值飄移量為?1500 ppm/°C，最大誤差在±250 ppm/°C

Class II 電容同樣有三個(gè)字的識別碼，第一個(gè)字對應(yīng)工作溫度的下限，第二個(gè)字為數(shù)字，對應(yīng)工作溫度的上限，第三個(gè)字對應(yīng)在上述溫度范圍內(nèi)的電容值變動(dòng)，如下圖所示。

例如，X7R的電容，工作溫度-55℃~+125℃，容值變化±15%。

另外，中國的標(biāo)準(zhǔn)中用2X1來表示X7R，所以有的國產(chǎn)品牌（如火炬）它的電容命名就帶有2X1，這和X7R是一個(gè)意思。

陶瓷電容又可細(xì)分為多個(gè)子類，其中最流行的是MLCC和瓷片電容，下面分別介紹。

3.1.1 MLCC

MLCC ，Multilayer Ceramic Capacitor，多層陶瓷電容器，它由多層薄膜狀的陶瓷片和金屬電極交替疊壓而成，通過燒結(jié)技術(shù)將陶瓷和電極固定在一起，形成一個(gè)整體結(jié)構(gòu)。

MLCC具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1. 體積?。河捎诓捎枚鄬盈B壓的結(jié)構(gòu)，因此MLCC的體積相對較小，可以在微型電路板中得到廣泛應(yīng)用。
2. 電容量大：由于采用多層疊壓的結(jié)構(gòu)，能夠在同樣的體積內(nèi)實(shí)現(xiàn)更大的電容量。
3. 電學(xué)性能穩(wěn)定：MLCC的電學(xué)性能穩(wěn)定，容易實(shí)現(xiàn)高精度的電容值。
4. 工作頻率高：MLCC的工作頻率范圍廣，可以達(dá)到數(shù)GHz以上。
5. 適用溫度范圍廣：MLCC的適用溫度范圍廣，一般可以在-55℃至+125℃的溫度范圍內(nèi)正常工作。

由于MLCC具有以上特點(diǎn)，因此在電子產(chǎn)品中得到了廣泛應(yīng)用，如手機(jī)、平板電腦、電視機(jī)、電腦、汽車電子等領(lǐng)域。

我們經(jīng)常說的貼片電容大部分時(shí)候就是指的MLCC，它和貼片電阻一樣，有0201、0402、0603等多種尺寸。它最常使用的介質(zhì)是C0G、X7R、X5R等。

還有一種不常用的MLCC，是直插型的MLCC，也叫 直插獨(dú)石電容 ，簡稱獨(dú)石電容。它瓷片電容長的很像，但獨(dú)石電容一般是方形的，而瓷片電容是片狀圓型的，獨(dú)石電容和貼片MLCC的性質(zhì)幾乎沒有區(qū)別，最大的不同就是安裝方式，然后直插式的因?yàn)橐_會更長，高頻特性會更差些。

3.1.2 瓷片電容

瓷片電容，Ceramic Capacitor，它和MLCC的主要區(qū)別是MLCC是多層陶瓷電容，瓷片電容是單層的，結(jié)構(gòu)不一樣。它的特點(diǎn)包括：

1. 高穩(wěn)定性：損耗較小，能夠在廣泛的溫度范圍內(nèi)提供可靠的電容值。
2. 高耐壓：瓷片電容可以承受較高的電壓，通常可以達(dá)到數(shù)百伏特的電壓級別。
3. 小型化：由于瓷片電容的結(jié)構(gòu)簡單，可以制造非常小型化的組件。
4. 電容量?。阂话愀吣蛪旱拇善娙萑萘慷荚?00nF以內(nèi)，低耐壓的容量會大一些，但一般也不會超過10uF

瓷片電容通常應(yīng)用于需要高耐壓，高頻的濾波電路中。

3.2 電解電容

電解電容，Electrolytic Capacitor，一種極性電容，具有以下特點(diǎn)：

1. 容量大：最突出的特點(diǎn)，容量一般在幾微法到數(shù)千微法之間。
2. 電壓等級高：電解電容具有較高的電壓等級，一般在10V到數(shù)百V之間。
3. ESR較大：電解電容的ESR比較大，會影響電路的性能，通常和低ESR的陶瓷電容并聯(lián)使用。

電解電容可大致分為以下幾類。

3.2.1 鋁電解電容

鋁電解電容，Aluminum electrolytic capacitor，正極為鋁箔， 介質(zhì)為電解液 ，負(fù)極為碳、鉛、銀等材料。鋁電解電容除了包含上述電解電容的所有特點(diǎn)外，它最重要的特點(diǎn)是大容量且價(jià)格便宜，所以，鋁電解電容應(yīng)用是最廣泛的。

3.2.2 固態(tài)電容

固態(tài)電容，Solid capacitor，全稱為固態(tài)電解電容，它和鋁電解電容最大的區(qū)別是介質(zhì)并非液態(tài)而是固態(tài)，介質(zhì)為高分子聚合物，相對鋁電解電容來說，固態(tài)電容有以下優(yōu)勢：

1. 安全性更好，不會爆漿。
2. ESR更低，高頻特性更好，也更耐受紋波電流。
3. 溫度穩(wěn)定性更好，容量隨溫度變化較小。
4. 使用壽命更長，不存在高溫電解液蒸發(fā)的問題。
5. 體積較小，通常在同容量，同耐壓下，固態(tài)電容比鋁電解電容體積更小，但小的不多。

固態(tài)電容的最大缺點(diǎn)是 價(jià)格貴 。另外一個(gè)缺點(diǎn)是固態(tài)電容的耐電壓能力較弱， 一般耐電壓都在250VDC以下 ，所以高壓直流場合，還是要使用鋁電解電容，而低壓場合，固態(tài)電容顯然更有優(yōu)勢。

3.2.3 鉭電容

鉭電容，Tantalum capacitor，全稱鉭電解電容，是一種使用鉭金屬作為電極材料的電容器，其組成包括鉭金屬電極、氧化鉭薄膜電介質(zhì)和導(dǎo)電聚合物等材料。鉭電容的優(yōu)點(diǎn)是：

1. 鉭電容器的電容密度很高，通常可以達(dá)到幾百微法/立方毫米，因此可以實(shí)現(xiàn)比其他電容器更小尺寸的電容器。
2. 電容值穩(wěn)定：鉭金屬電極與氧化鉭薄膜電介質(zhì)之間的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，因此鉭電容器的電容值穩(wěn)定，不容易受到溫度、電壓、頻率等因素的影響。
3. 低漏電流：鉭電容器的漏電流很小，通?？梢赃_(dá)到幾十微安以下，因此可以在一些高精度的應(yīng)用中使用。
4. 長使用壽命：由于鉭電容器穩(wěn)定性好、漏電流小，因此可以具有較長的使用壽命，一般可以達(dá)到數(shù)十年以上。

缺點(diǎn)是：

1. 安全性低，當(dāng)鉭電容受到過電壓或過電流沖擊時(shí)，容易燒毀，甚至出現(xiàn)爆炸，這一缺點(diǎn)嚴(yán)重限制了鉭電容的應(yīng)用。
2. 價(jià)格較高
3. 耐電壓能力弱，一般耐電壓水平在150V以下

鉭電容通常用在安全性要求不那么高，但對體積要求嚴(yán)格的場合。

3.3 薄膜電容

薄膜電容，film capacitor，薄膜電容器是以金屬箔當(dāng)電極，以聚丙烯（PP）、聚酯（PET），聚乙烯脂肪酸酯（PEN）、聚苯烯硫醚（PPS）等為介質(zhì)制成。

薄膜電容因介質(zhì)不同特點(diǎn)也不相同，這里列出薄膜電容相對其它類型電容的一些共性優(yōu)點(diǎn)：

1. 容值穩(wěn)定：薄膜電容器的穩(wěn)定性比較好，其電容值隨時(shí)間、電壓和溫度變化較小，可以滿足電路對電容值穩(wěn)定性的要求。
2. 頻率特性好：薄膜電容器的頻率特性比較好，其在高頻電路中表現(xiàn)出更好的性能。
3. ESR小：薄膜電容器的ESR比較小，損耗小。
4. 絕緣性能好：薄膜電容器的絕緣性能較好，可以承受較高的工作電壓。
5. 無極性：無極性使得薄膜電容可以應(yīng)用在交流電路中。
6. 耐壓高：薄膜電容的耐壓可以做到幾百V和幾千V。

薄膜電容的缺點(diǎn)：

1. 容量不大，一般最大容量在100uF以下。
2. 體積大，相對于MLCC，電解電容，薄膜電容在同容量下體積一般是最大的。

基于薄膜電容的特點(diǎn)，它通常被應(yīng)用于需要高可靠性、高頻濾波。交流濾波、電壓水平較高的場景下。

3.4 特殊場合的電容器

3.4.1 安規(guī)電容

安規(guī)電容，safety capacitor，是指電容器失效后，不會導(dǎo)致電擊，不危及人身安全。之所以叫安規(guī)電容，是因?yàn)檫@些電容通過了國際安全認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)，如下圖所示。

安規(guī)電容適用于工作電壓不超過 1000VAC，頻率不超過 100Hz 的電子電氣設(shè)備中。安規(guī)電容包括了X電容和Y電容。

X電容是跨接在火線和零線（L-N）之間的電容， 一般都是金屬薄膜電容 ，容量在uF級，用于抑制差模干擾。按耐壓等級分，X電容可分別X1、X2兩類（X3在IEC 60384-14-2013標(biāo)準(zhǔn)以后就淘汰了）。

Y電容是跨接在火線-地線和零線-地線（L-E，N-E）間的電容， 一般都是高壓瓷片電容且成對出現(xiàn) ?；诎踩╇娏鞯南拗?，Y電容值不能太大，容量在pF級或幾nF級，用于抑制共模干擾。按耐壓等級分，Y電容可分為Y1、Y2、Y4三類（Y3在IEC 60384-14-2013標(biāo)準(zhǔn)以后就淘汰了）。

3.4.2 穿心電容

穿心電容 ，lead-through capacitor，是一種三端電容，但與普通的三端電容相比，由于它直接安裝在金屬面板上，因此它的接地電感更小，幾乎沒有引線電感的影響，另外，它的輸入輸出端被金屬板隔離，消除了高頻耦合，這兩個(gè)特點(diǎn)決定了穿心電容具有 接近理想電容的濾波效果 ，是EMI抑制的利器。

3.4.3 超級電容

超級電容，Super capacitor，是一種 高能量密度的電容器 。它是一種新型的電化學(xué)元件，具有介于傳統(tǒng)電容器和電池之間的特性，能夠在短時(shí)間內(nèi)存儲大量的電荷，能夠快速充放電，具有長壽命、高可靠性、高效率等優(yōu)點(diǎn)。

超級電容的電極材料常使用的是活性炭、金屬氧化物等，電解質(zhì)采用的是有機(jī)電解質(zhì)或者離子液體等。超級電容的容量通常比普通電容器大幾個(gè)數(shù)量級，能夠存儲的電荷量非常大，但是其最大的局限性是電壓較低，一般在2.5V以下。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，超級電容常常與鋰電池等其他存儲設(shè)備配合使用，以滿足高能量密度和長時(shí)間供電的需求。

超級電容應(yīng)用于電子設(shè)備和系統(tǒng)中，具有廣泛的應(yīng)用前景，如儲能系統(tǒng)、智能電網(wǎng)、電動(dòng)汽車等。