陶瓷电容,顾名思义是以陶瓷为核心组件的电容器,此类产品具有耐热性能好、绝缘性能优良、结构简单、价格低廉等优点。根据陶瓷材料配方不同,陶瓷电容可以被分为两类:
1类陶瓷电容: 这类陶瓷电容器温度特性好,且高频损耗值很小,适用于对容量和稳定度要求较高的高频谐振、滤波和温度补偿等电路。
2类陶瓷电容: 其陶瓷材料介电常数较大,单位体积的电容量更高,但是精度和稳定性比1类陶瓷电容差,适合于对容量、损耗和温度特性要求不高的低频电路,起到旁路、耦合、滤波的作用。
陶瓷电容的一个重要用途是安规电容。所谓安规电容器,就是抑制电源电磁干扰用固定电容器,这个定义中有两层含义:一是要能够消除电源线路中的噪声,对共模、差模干扰起滤波作用;二是要满足安全规范要求,即使在电容器失效后,也不会导致电击、燃烧等危害,不危及人身安全。这种特殊的要求,也就催生了安规电容这一特殊的产品类别。
安规电容根据其用途被分为两类(见图1):
X类: 这是跨于火线和零线之间,用来抑制差模干扰的电容器,此类电容器多选用耐纹波电流比较大的聚脂薄膜类电容,其内阻较小,瞬间充放电电流较大,容值一般在 μF 级。
Y类: 此类电容跨界在火线与地、零线与地之间,用于抑制共模干扰,其电容值一般在2nF范围内。然而, 此类电容需要有较高的绝缘特性和抗电强度。为了耐受高电压,往往要求在电气和机械性能方面有足够的安全余量。从图1中可以看到,这是陶瓷电容器的主要应用领域,尤其是在电磁干扰滤波下。
图1:安规电容器的典型电路和主要类型
一款合格的安规电容,需要满足以下一些要求:
首先,安规电容的额定电压必须适应应用场合的电压要求。比如 Y 类安规电容不同的安全等级和绝缘类型,就对应着不同的额定电压,如表1所示。
▲Y类安规电容的额定电压
其次,安规电容需要有足够的承受异常脉冲电压冲击的能力,因此峰值脉冲电压也是一个很关键的性能参数,比如 Y1 安规电容的峰值脉冲电压需要高达 8kV 以上。
▲安规电容耐受峰值脉冲电压的特性要求
再有,也是非常重要的一点,鉴于安规电容的特殊性,其必须有较强的恶劣环境的适应能力,这对于许多应用来说尤为关键,如汽车、工业和消费品等。元器件这一可靠性特性的界定,可通过高温高湿(Temperature Humidity Bias,THB)试验来进行,IEC 60384-14.4标准为安规电容的 THB 测试定义了所需的条件(如图2)。
其中测试条件 B 和测试条件 A 是等效的,两个测试均证明,85 °C / 85 % RH / 1000 h 条件下的 THB Class IIIB 测试,意味着该安规电容就达到并超过了最高的温、湿度耐受等级要求。
图2:IEC 60384-14.4标准的安规电容THB测试条件
如果按照上述这样的标准去筛选,
Vishay 的陶瓷电容中有三位“高手”应该能够榜上有名。
1. VY1…C
安规电容 这个外形紧凑的引线封装圆盘式陶瓷电容具有 X1, 760 VAC/ Y1,500 VAC 的额定电压,耐受的峰值脉冲电压高达 10 kV,最值得一提的是其在 THB 测试中通过了可靠性级别最高的 Class IIIB 的测试(85 °C / 85 % RH / 1000 h)!因此,当你希望选择一款在恶劣环境中具有高可靠性表现的小型化安规电容时,VY1…C 安规电容无疑是优选。
图3:VY1…C 系列安规电容
2. AY1系列
如果你需要为汽车应用找一款具备同样耐高温、高湿,以及同样出色的抗高压脉冲能力的安规电容,Vishay 的 AY1 系列陶瓷电容是明智之选。该电容同样经过了 85 °C / 85 % RH / 1000 h 的 THB Class IIIB 测试的考验,而且通过了 AEC-Q200 车规认证,因此汽车应用中的高可靠性 EMI/RFI 抑制应用,别犹豫,就选这颗料!
图4:AY1 系列安规电容
3. SMDY1系列
如果面对的设计对于小型化(特别是系统的高度)更为敏感,需要 SMD 封装的安规电容,那么 Vishay 的 SMDY1 系列陶瓷电容非常值得推荐——其最大本体厚度为 4 mm,远低于插件型电容器。同时,SMDY1 系列允许采用回流焊工艺,能为工程师提供低轮廓和紧凑间距的PCB应用,与许多传统的含铅产品具有类似的功能。
图5:SMDY1 安规电容 该系列产品容值最高可达 4700 pF,AC 额定电压同样达到了 X1,760 VAC/ Y1,500 VAC,DC 额定电压为 1500 VDC,在行业内有出色的表现。
在可靠性方面,SMDY1 系列通过了 THB Class IIB 测试(85 °C / 85 % RH / 500 h),这样的性能表现在同类的 SMD 安规电容中,也是先进的代表。
安规电容的用途
我们知道市电是由零线N,火线L,地线G构成。 X电容:跨接在零线和火线之间的电容,如上图的C1,主要用于差模滤波。 Y电容:零线与地之间的电容,火线与地之间的电容,如上图的C2和C3,主要用于共模滤波。 安规电容是如何确保安全呢?确保安全主要就是要确保安规电容在失效后不能是短路的状态。 那么为什么不能短路呢? X电容短路:X电容是接到零线和火线,如果短路,相当于是零线和火线短路,所以可能会产生危险。(可能有人会说一般前面都会接保险丝,即使短路了,有保险丝在也不会产生危险:关于这个,我个人觉得是使用保险丝是现在实际使用的做法,但是制定组织的标准应该不会理会前面是不是会使用保险丝)。 Y电容短路:Y电容短路了,就相当于是零线或者火线接地了。而有些设备外壳也会接地的,短路后,人触摸外壳,就相当于是人触摸了零线或者是火线,是会产生触电危险的。 X电容,Y电容的标准规范学习一个东西,最好是看看标准规范,安规电容的标准规范出自国际电工委员会(IEC),标准文件为:IEC 60384-14 X电容,Y电容分类X电容分为2中,X1和X2(注 : 在最新版标准IE C 60384—14取消了X 3类电容器)。IEC 60384-14的第16页有详细的定义(Page6).
Y电容分为Y1,Y2,Y4(最新标准中取消了Y3)
标准文件总是难懂的,为了便于理解,我们看下某厂的安规电容规格书,对应的参数如下:
可以看出,X1,X2和Y1,Y2,Y4的分类主要是安全等级,也就是耐压值和绝缘性能的不同。安规电容的容值X电容是uF级,Y电容是nF级。 目前,用电设备中有一项泄漏电流的要求,工作在热带的机器,要求对地漏电电流不能超过0.7mA;工作在温带机器,要求对地漏电电流不能超过0.35mA,否则有隐患,这就要求Y电容不能太大。目前,Y电容的总容量一般都不能超过4700PF。安规电容厂家耐压参数
一般厂家的安规电容会标耐压AC250V或AC275V等等。 AC250V这个可以理解为该安规电容可以用在市电为250V以下的情况下。我们知道市电220V一般指的是有效值为220V,这里的AC250V也是指的有效值。 现实中实际使用的220V市电其实是有波动的,因此在耐压选用方面,是要选用一定余量的。 也许有人会问,为什么会有这么多档次的耐压,市电不都是220V吗? 实际上世界各个国家的市电都不尽相同,如下图:
安规电容认证需要注意的是,安规电容本身是需要做认证,拿证书才能卖的。出口到不同国家,需要拿对应国家的证书。 当然,这个认证都是由电容厂家去做的,我们只需要选择对应电容。 如下图,是某厂安规电容规格书,其安规电容已取得的认证如下:
可以看到这个厂商的安规电容已经取得了欧洲,美国,中国,加拿大,韩国,日本等的认证,并且其已经列出了过认证时对应的检测标准,还有其证书编号。 VDE-ENEC ------欧洲认证 UL------美国认证 CQC----中国认证 CSA----加拿大 KC-----韩国 JET-----日本