想要为当今汽车电子产品选择性能可靠的电容器,需要仔细分析各类参数。首先,必须了解各种电容技术的性能特点。其次,应考虑汽车环境和特定应用,从而找到成效比优异的可靠解决方案。本文将探讨四种主要电介质电容器的特点:钽电解、铝电解、薄膜和陶瓷。此外,还将说明汽车环境,并列出汽车应用的一般类别。 图1 图1展示了一些常见电容器电介质的典型容值和电压范围。有趣的是,针对需要大约 0.1 μF 到 100 μF 的电容值和小于 50 V 的电压的应用,存在多种选择。为了进一步明确这些不同类型电容器的性能特点,我们需要了解一些电容器的基础知识。 图2 图2显示了这四种基础电容器的典型电介质常数(K)和电介质强度值。当K值和电介质击穿强度较低时(如薄膜电容器),电容器的容积效率也很低。不过,物理尺寸只是给定电容器类型的一个特征。例如,薄膜电容器体积相当大,但却具有极高的效率和电介质稳定的特点。 图3 电容器等效电路如图3所示。等效串联电阻(ESR)是阻抗的主要部分,代表电容器的损耗。ESR值因温度、频率和电介质类型而不同。绝缘电阻(IR)决定了给定电压下电容器直流漏电流的大小。薄膜和陶瓷(静电)电容器的漏电流通常比钽和铝(电解)电容器低得多。直流漏电流随温度和施加电压的大小而变化。 图4 图4中的公式揭示了电容器的重要关系:容抗、耗散因数、感抗及阻抗。注意:用于模拟绝缘电阻(IR)的是一个阻值非常高的电阻,为简单起见,在推导总阻抗(Z)时通常将其忽略。 Z 在确定电容对输入信号的影响时很重要。充/放电循环期间,低 ESR 是实现高效率、低热耗和可靠性的关键。容抗(XC)和感抗(XL)表示器件能量存储容量和感应场生成。注意,当 XC 与 XL 相等时,达到器件谐振频率。选择通过去耦电容用来去除直流(DC)信号中的交流(AC)分量/噪声时,这一点很重要。为有效去除直流电源轨的交流信号分量,应选择谐振频率接近去除交流噪声频率的电容器,以减小阻抗,最大化对地去耦。
其中,一些汽车工作环境也会比其他环境更为严苛。图5向大家展示了发动机舱和车厢工作条件的特点。
介绍完主要的汽车环境和应用,我们将研究四种主要电容器技术的特点,及其对电路性能和长期可靠性的影响。 根据最常用的分类标准,大多数电容器可分为两种基本构造类型:静电(薄膜、陶瓷)和电解(钽、铝)电容器。静电电容器是非极性器件,一般ESR和阻抗非常低。电解电容器通常容值更高,且有极性之分。 钽电容器
铝电容器
陶瓷电容器
薄膜电容器
上列特征有助于设计工程师在电容器选型中做出选择。另外,成本、尺寸和工艺性也是需要考虑的因素。 为特定应用选出最适合的电容器往往并不容易。下面针对汽车和其他电子电路中的主要电路类型,我们提供了一些通用指南。
选择电容器需要考虑多方面的问题;每种电容器都有各自的特点,这些特点决定了某种电容器可能是给定应用最合理的选择。电容器成本、尺寸、封装类型和生命周期内可靠性问题也是重要考虑因素。由于有多方面的选择,因此必须参考每个制造商具体电容器的技术规格。作为电容器技术和制造领域的领导者,Vishay 随时为电子设计工程师提供各种汽车应用选择。服务于全球客户,Vishay 始终承载着科技基因——The DNA of tech.™。
Vishay Intertechnology宣布扩展其用于能量采集、备用电源应用的220 EDLC ENYCAP™系列电力双层储能电容器(EDLC)。 ENYCAP器件提供功率和储能版本,可提供15F至60F的更宽的电容值范围,以及16mm x 20mm至18mm x 40mm的8种小外形尺寸。径向通孔外壳提供长引线。 在65°C下,功率版本可提供高达35A的高峰值电流,储能版本的最大峰值电流为25A。 这些新的储能电容器提供高达4.1Wh/kg的高能量密度,在65°C下额定电压为2.7V。它们还具有非常低的内阻,可以快速充放电。在85°C工作温度下,电压降额到2.3V。 这些电容器的使用寿命超过10年,在20°C的温度下工作时,可以承受超过50万次充放电周期。
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