为应用选择正确的电容器

为某项应用选择合适的电容器，可以显著提高产品的性能、效率和可靠性，例如国防、航空航天、医疗技术、关键能源基础设施或电动汽车快充电源。

电容器是许多电子电路中的重要元件，因为它们可以存储和释放电能，过滤掉不需要的信号并执行其他功能。然而，并非所有电容器都相同，不同的电容器具有不同的特性、优势和局限性。

选择正确的电容器类型对产品设计至关重要。多层陶瓷电容器 (MLCC)、薄膜电容器或铝电解电容器是三种常见的电容器，它们各有利弊，且每一种又具有无数的变化。选择正确的电容器类型可确保最终产品具有足够的能量存储，适合可用空间，并能可靠地满足其预期用途。

为何使用 MLCC

MLCC 由陶瓷电介质层和金属电极层交替堆叠烧结而成，形成一个紧凑的封装。MLCC 广泛应用于许多电子设备，具有体积小、电容值高、等效串联电阻 (ESR) 低、漏电流低、频率响应高和温度稳定性好等许多特点。

MLCC 适用于要求高功率密度、高效率、低噪声和高可靠性的应用。不过，这类产品之间也有差异，这对产品开发会产生不同的影响：

• 高可靠性 MLCC：在恶劣条件下具有高可靠性、低故障率、长寿命和高性能。这些特性对于满足航空航天和国防等行业的严格要求（包括 MIL-PRF-55681、MIL-PRF-123、MIL-PRF-49470 和 MIL-PRF-39014 等规范）以及医疗应用非常重要。
• 高压 MLCC：工作电压高于 500 V，最高可达 12 kV。这类电容器专为电源、脉冲发生器和 X 射线设备等需要高压隔离的应用而设计。这类电容器具有高电容、低 ESR、低耗散因数和高击穿电压的特点。
• 高温 MLCC：工作温度高于 +125°C，最高可达 +250°C。这类电容器专为需要高温稳定性的应用而设计，如井下钻探、汽车和工业。这类电容器具有高电容、低 ESR、低温度系数和高抗热震性。

薄膜电容器的优点

薄膜电容器适用于需要大功率、大电流、高电压和高频率的应用，如功率转换、滤波、缓冲和耦合。这些电容器由一层介电材料薄膜（如聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯或聚苯硫醚）和缠绕成圆柱形或堆叠成扁平形的两个金属电极组成。

薄膜电容器通常比 MLCC 更大、更贵，但它们具有高电容值、高额定电压、低 ESR、低耗散因数、高频响应和长使用寿命。这种技术的优点包括更高的额定电压、电容随电压和温度呈线性变化、无压电噪声、自愈能力强、使用寿命长。

薄膜电容器有多种类型，会影响哪种电容器适合应用：

• 金属化聚酯薄膜电容器使用沉积在聚酯薄膜上的一薄层金属（如铝或锌）作为电极。这种电容器具有高电容、低 ESR、低成本和良好的自愈特性。这种电容器能满足旁路、耦合和去耦等通用应用的需求。
• 金属化聚丙烯薄膜电容器利用聚丙烯薄膜作为电极，并在其上镀一薄层金属，如铝或锌。这种电容器具有高电容、低 ESR、低耗散因数、高频响应和高稳定性的特点。这种电容器适用于高性能应用，如功率因数校正、滤波和缓冲。
• 聚碳酸酯薄膜电容器使用聚碳酸酯薄膜作为介电材料。这种电容器具有高电容、高额定电压、低温度系数和高可靠性。这些产品适用于需要高温稳定性的应用，如定时、传感和精密电路。
• 聚苯撑薄膜电容器使用聚苯撑薄膜作为介电材料。这种电容器具有高电容、高温额定值、低 ESR、低耗散因数和高频响应。适合的应用包括汽车、工业和电信等需要高温性能的应用。
• 金属化纸膜电容器采用金属化纸膜作为介电材料。这种电容器具有高电容、高额定电压、低 ESR、低耗散因数和高自愈性能。这种电容器适用于需要高压隔离的应用，如电源、脉冲发生器和 X 射线设备。

铝电解电容器

铝电解电容器适用于需要高电容、高电压和低频率的应用，如平波、滤波和储能。

铝电解电容器体积小，却能存储大量电能，因此适用于在电子设备中平滑电源。与 MLCC 和薄膜替代品相比，这种电容器的使用寿命可能更短，而且由于是具有正负极端子的极化器件，所以一旦装反就可能会造成损坏。与其他替代器件相比，这种电容器还可能会持续泄漏少量电流，在高频率下也不太稳定。

铝电解电容器有多种电解质类型（如液态、固态或混合电解质），且具有不同的性能、稳定性和可靠性特点：

• 液态铝电解电容器使用液态电解质溶液作为阴极。这种电容器具有高电容、高额定电压和低成本的特点。然而，这种电容器也具有高 ESR、高漏电流、高耗散因数和有限的使用寿命。这种电容器适用于平波、滤波和能量存储等通用应用。
• 固体铝电解电容器的阴极采用固体电解质材料，如二氧化锰或导电聚合物。这种电容器的特点是低 ESR、低漏电流、低耗散因数和长使用寿命。不过，与液态电解电容器相比，其电容较小、额定电压较低、成本较高。这种电容器适用于开关电源、LED 驱动器和音频放大器等高性能应用。
• 混合型铝电解电容器采用液态和固态电解质组合作为阴极。这种电容器在电容、额定电压、ESR、泄漏电流、耗散因数和使用寿命之间实现了平衡。何种电容器适用于如汽车、工业和电信等要求高功率密度、高可靠性和高温性能的应用。

供应商收购扩大了电容器产品组合

Knowles 和 Cornell Dubilier Electronics(CDE) 是两家领先的电容器制造商，提供各种电容器技术和产品。Knowles 于 2023 年收购了 CDE，两家公司实现了优势互补，包括 CDE 的薄膜电容器和铝电解电容器，以及 Knowles Precision Devices 的薄膜电容器和 MLCC。

Knowles 提供全面的 MLCC 产品组合，采用标准表面贴装封装、带状或径向引线封装，电容范围从不足一皮法拉到数百微法拉不等，额定电压为 6.3 V 到 12 kV。Knowles 的 MLCC 采用各种介电材料，具有不同的温度系数、介电常数和老化率。

Knowles 的 FlexiCap™ 制造方法采用了一种专有的柔性环氧聚合物端接材料，该材料应用于常见的镍屏防护涂层之下，与传统电容器相比，可适应更大程度的电路板弯曲。其 StackiCap™ 系列产品可在电路板空间有限的情况下，以相同的电容值显著减少 PCB 面积；例如，8060 外壳尺寸的标准 150 nF 贴片电容器具有更小的 3640 外壳尺寸。

Knowles Syfer 2220Y5000564KXT（图 1）是一款 FlexiCap 表面贴装 MLCC，可存储 0.56 µF 电荷，容差为 ±10%，设计电压高达 500 V。该款电容器是直流 MLCC 产品系列的一种，其电容范围为 0.2 pF 到 22 µF，外壳尺寸从为 0402 到 8060。

图 1：Knowles Syfer 2220Y5000564KXT 的示意图。（图片来源：Knowles）

Knowles Syfer 2220Y6300105KETWS2（图 2）是一款 StackiCap MLCC，可存储 1 µF 电荷，容差为 ±10%，额定电压为 630 V。

图 2：Knowles Sifer 2220Y6300105KETWS2 和类似 MLCC 的 StackiCap 封装示意图。（图片来源：Knowles）

Knowles CDE 提供多种标准和定制螺纹端子、咬接式和板安装电容器，可用于除颤器和医疗成像、雷达系统以及大型数据系统的 UPS 后备电源等关键应用。

CDE 的 477XMPL002MG19R 属于 XMPL 聚合物片式电容器系列，适用于需要较高电压和/或电容的应用。这种电容器具有低 ESR 和强大的额定纹波电流，性能优于更大尺寸的表面贴装电解质，使用寿命更长，在温度变化时稳定性更高，在更高频率时 ESR 更低。目前，该系列的标准电容范围为 6.8 µF 至 470 µF，最大工作电压为 35 V_DC，采用 7.3 mm x 4.3 mm x 1.9 mm 的模制封装。

在众多薄膜电容器中，CDE 的 FCA 型丙烯酸薄膜电容器（如 FCA0805C104M-J2）以标准表面贴装外壳尺寸实现了高电容值。该系列的电容范围为 0.10 µF 至 1.0 µF。作为音频电路中的耦合电容器，这类电容器可以产生无失真声音和高频滤波。

结束语

电容器是重要的电子元件，选择合适的电容器对产品设计至关重要。幸运的是，Knowles 和 Cornell Dubilier Electronics 提供了大量具有多种变化的普通电容器，以及为特定应用设计的特殊电容器。