雖然無源器件(如電容器)不像微型處理器和數(shù)字信號(hào)處理器那么富有魅力,但對(duì)汽車應(yīng)用仍然要具備可靠性。為現(xiàn)在的汽車電子選擇最具可靠性的電容器,需要設(shè)計(jì)工程師對(duì)一系列不同的元器件參數(shù)及其性能特征作出檢測(cè)。下一步則要考慮汽車電子設(shè)備所使用的環(huán)境及其所服務(wù)的具體應(yīng)用。
現(xiàn)在,我們來看看四大電介質(zhì)類電容——鉭電容、鋁電解電容、多膜電容和陶器電容的特點(diǎn);解釋一下電容溫度系數(shù)與電壓系數(shù)的概念;看看這些因素及其它一些因素是如何影響到特定應(yīng)用的電容選擇。
每種不同的電容電介質(zhì)都有它特定的電容及電壓范圍。但是,由于應(yīng)用要求電容值大約在0.1到10F之間,電壓小于50V,因此會(huì)出現(xiàn)幾種重疊的選擇。為了找出這些不同類型電容器的性能特征,需要掌握一些有關(guān)電容器的基本知識(shí)。我們只需用一個(gè)公式就能把每種電容器的容值測(cè)定出來:
C = K×A/t
每種電容電介質(zhì)都有固定的介電常數(shù)(K),因此,對(duì)于給定的電容電介質(zhì)類型,電容的大小與電容器活性極板的表面積(A)成正比,與電介質(zhì)的厚度(t)成反比。電介質(zhì)的厚度也決定了電容器的電壓承受能力(額定電壓)。
當(dāng)一個(gè)低介電常數(shù)與一個(gè)低介質(zhì)擊穿強(qiáng)度耦合在一起時(shí)(像與多膜電容相連一樣),會(huì)出現(xiàn)一個(gè)低的容積效率。但是,物體尺寸只是電容器的特征之一。例如,薄膜電容器的尺寸非常大,但卻具備十分高效和穩(wěn)定的電子特征,從而彌補(bǔ)了它尺寸大的缺點(diǎn)。
在汽車應(yīng)用中采用了各種類型的電容器,但現(xiàn)在更趨向于采用容量更大和復(fù)雜性更高的元器件。盡管汽車工業(yè)采用了許多含鉛元器件,但老式的電路板正飛速地被表面貼裝元件(SMD)技術(shù)所取代。
在最最常見的分類中,把電容器分為兩類基本架構(gòu):靜電電容(薄膜電容和陶瓷電容)和電解電容(鉭電容和鋁電容)。靜電電容一般呈現(xiàn)出很低的ESR 值和阻抗(Z),并且是無極性元件,這意味著它們可以被大量送入裝配線以高速插入印制電路板。一般來說,電解電容能提供更高的容值,但是它屬于有極性元件,因此必須按正確的極性安裝在印制板上。
然而,每個(gè)電容,每種類型都有它獨(dú)特的特征;即使在一種特別類型的電容器中,它是否適合于給定的應(yīng)用取決于它具體的電介質(zhì)。例如,鉭電容沒有磨損失效機(jī)理,并且特別適合用在需要壽命長和穩(wěn)定性的應(yīng)用上。溫度每降低10℃,鋁電容的預(yù)期壽命會(huì)延長一倍,但讓它們遠(yuǎn)離洗滌劑是很重要的。
陶器電容不需要屏蔽浪涌電流,但是對(duì)具有高額定電壓的元件需要高壓屏蔽。薄膜及金屬膜電容器特別適用于高電流應(yīng)用上,而且金屬型電容器有自我修復(fù)的特點(diǎn),可以提高應(yīng)用的可靠性。
要確定最適合于給定應(yīng)用的電介質(zhì)類型并不是件易事,選擇一個(gè)電容器的確是設(shè)計(jì)多方面的問題。應(yīng)用可能需要一個(gè)最小容值,或一個(gè)極低的ESR值。電容的成本、大小以及它的封裝也都必須加以考慮。生命終期的可靠性問題也很重要。每種電容器都有自己的一組特性,這些特性會(huì)讓使它成為給定應(yīng)用的最佳選擇。