描述

在本文中，Vishay公司鉭電容器部產品營銷高級經理AndrewWilson和Vishay公司陶瓷電容器產品營銷經理FlorianWeyland針對車規級電容器選型做了介紹。

想要為當今的汽車電子應用選擇可靠的電容器，需要了解各電容器的性能特點以及不同應用中的工作條件。與數據手冊中的規格參數相比，應用中的工作環境對實際電路性能構成的影響很大，因此其對于最佳性價比解決方案的制定至關重要。

圖1展示了常用電容介質典型容量和電壓范圍，往往有幾種重疊選擇。

圖一：電容圖解

雖然容量和電壓通常是器件選擇的主要參數，但還有許多其他參數有助于做出最佳選擇。如圖2所示，可見四種基本電容器的典型介電常數(K)和介電強度值。低K值和低介電強度組合（如聚酯膜電容器）導致體積效率低。不過，由于損耗非常低，電氣特性非常穩定且成本低，這些體積較大的器件仍得到廣泛認可。

工作狀態下，電容器等效串聯電阻(ESR)是阻抗的實部，代表等效電路中電容器的損耗。這些參數值隨溫度、頻率和介質類型而變化。絕緣電阻(IR)決定電容器給所施加電壓下電容通過的直流(DC)漏電流的大小，而靜電(薄膜和陶瓷)電容器的漏電流通常要低得多。直流漏電流隨溫度和施加電壓的大小而變化，感抗與電極類型有關。

圖3展示了電容器的重要關系：容抗、耗散因數、感抗和阻抗。阻值非常高的電阻用來模擬絕緣電阻。方便起見，推導總阻抗(Z)時可以忽略。

阻抗是確定電容器對輸入信號影響的重要指標。充/放電循環中，低ESR對實現高效、低熱損和可靠性至關重要。容抗(XC)和感抗(XL)表示儲能容量和電容器產生的感應磁場。注意，當XC和XL相等時，達到器件諧振頻率。這一點在選擇去耦電容消除直流信號中的交流成分噪聲時很重要。為了有效消除直流鏈路中的交流信號成分，應選擇諧振頻率接近所要去除的交流噪聲頻率的電容器，以實現電小阻抗和電大去耦接地。

車載應用類型通常分為動力控制(ECU和傳動)和安全舒適控制(如安全氣囊和溫控)，在考慮關鍵性能、可靠性和準確性時，應用類型很重要。另一個主要區別是車內位置和由此產生的工作條件。發動機艙應用可能接觸或浸沒在鹽霧、水、燃油/機油中，工作溫度達到125°C甚至更高，振動力可以達到15g，頻率最高可達200Hz。這些情況與座艙有很大不同。事實上，另一種高容量技術(雙層電容器EDLC)由于受工作溫度極限(85°C)影響，僅限于座艙應用，如電子鎖電源備份。

一般來說，電解電容器(鉭、鋁和EDLC)容量高，但有極性，而靜電電容器(聚酯膜和陶瓷)無極性，通常ESR和阻抗非常低。

鉭器件建議采取電壓降額使用，固鉭電容電壓降額50%，聚合物和液鉭軸向電容電壓降額80%，以保證可靠性。為達到高容量器件往往需要具備的極低ESR，電容器需要進行浪涌測試/篩選。電壓降額情況下，典型故障率為5FIT(每工作十億小時出現一次故障)到15FIT，它們的電氣特性隨時間和溫度的變化非常穩定。

高容量是鋁電解電容的主要特點；不過，溫度對器件性能有很大影響，不同產品系列工作溫度分別有85C、105C、125C和150°C。整個額定溫度和紋波電流范圍內，器件正常磨損使用壽命達10,000小時，因此不需要進行電流篩選。可以通過降低任意一個參數來延長使用壽命。

陶瓷電容器不必為保證可靠性采取電壓降額，但必須考慮容量的電壓系數，因為在達到或接近額定電壓下工作時，電容器可能失去高達40%的容量。典型故障率低于1FIT，某些范圍內可在150°C條件下輕松工作。故障模式為短路或參數漂移。

最后，聚酯薄膜電容額定溫度通常為105°C，盡管PPS器件工作溫度可達125°C(PET)甚至150°C(PEN)。不必采取電壓降額，典型故障率約為5FIT，但表

面貼裝產品有限。

這些特點的重要程度取決于應用和所需體積大小、成本及制造工藝。不過，在考慮實際電路功能時，這些特點的確可以用于一般技術選擇。電源濾波需要高容量、低ESR、耐高溫，適合采用鉭、鋁和部分陶瓷電容。大容量儲能要求高容量和低ESR，以滿足快速放電和脈沖應用需求，對此，鉭、鋁以及部分聚酯薄膜電容被廣泛采用。調諧和時鐘電路要求容量在溫度和頻率范圍內非常穩定，并且必須在熱循環下可重復。這方面，I類(C0G/NP0和高Q值)陶瓷和聚酯薄膜電容通常是最好的解決方案。去耦/旁路功能要求ESR非常低，并具有良好阻抗(Z)性能。陶瓷、聚酯薄膜和一些專門設計的鉭聚合物器件是這種應用的理想選擇。用于EMI/RFI過濾的X/Y級安規電容需要具備高電壓和脈沖性能，這方面只能使用薄膜和陶瓷電容器。

總之，選擇電容器是一個多維度考量過程。每種電容器都有各自的電氣特性、性能弱點以及機械特性和經濟方面的考慮因素。其中每一項的重要性取決于應用、環境條件和實際電路功能。由于可供選擇的電容器很多，因此參考每個制造商的技術規格選擇適用電容器至關重要。