薄膜电容器在EMC领域中的应用.ppt
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1、9/20/2019,1,薄膜电容器在EMC领域中的应用,上海向日亚电子有限公司 邱海樑,9/20/2019,2,主要课题,电容器的基础知识 电容器在EMC中的应用 EMC基础知识 抑制电磁干扰电容器国际标准介绍 三种高压试验介绍 浪涌保护方法 阻燃标准 向日亚安规电容器的认证介绍,9/20/2019,3,电容器定义:,定义:由极板和介质构成,能储存电荷的元件。 图1:薄膜电容器的基本结构,9/20/2019,4,电容器单位,单位:法拉F 1F=106F(微法)1012pF(皮法) 1F =103nF(纳法) 1nF =103pF(皮法) 3位数字表达:前2位有效读数;后1位是10的几次方,单位
2、皮法。 例:47347X103pF47nF0.047F,9/20/2019,5,电容器储存电荷原理,电容器充电原理:自然界有正负两种电荷,电子带的是负电荷,质子带的是正电荷,两电荷间同性相斥异性相吸。 在电容器未接通电源前,两电极间都存在正负电荷自由流动,当电容器两端接通电源后,电源上的正极由于存在大量正电荷就把相连极板上的负电荷全部吸过来,并通过电源流到电容器另一端极板上,而电源负极则把相连端的正电荷吸过来流到电源正极相连的极板上。直至电容器一个极板储存满正电荷,而另一个极板上储存满负电荷,这就是电容器的充电工作原理。,9/20/2019,6,二、薄膜电容器分类:,按引线引出的方式分:有感、
3、无感。 有感(CL11):结构简单,成本低;容量小,耐压低。 无感(CL21、CBB22等):结构复杂,成本较高;容量大,高频性能好,带金属化结构时,耐过压。 按结构分:金属化、箔式、金属化箔式内串,9/20/2019,7,各结构电容器的特点,金属化(CL21、CBB22等):体积小、自愈能力好、耐过电压能力强;金属接触部分损耗大、耐高频大电流能力差(一般使用)。 箔式(CBB18等):体积大、耐过电压能力差、无自愈能力、金属接触部分损耗极小、耐高频大电流好(高dv/dt能力场合)。 金属化箔式内串(CBB81,PPS等):有以上所有优点,耐电压能力强;但体积最大,生产成本高。(特殊高压大电流
4、场合)。,9/20/2019,8,按介质材料分类:,按材料分:聚酯、聚丙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯等。 各自特性: 聚酯(CL、MKT):正温度系数、介质损耗大(温升略高)、耐过电压能力不如聚丙烯、绝缘电阻小、体积小、正常的材料耐温可达130左右。生产周期略长。 聚丙烯(CBB、MKP):负温度系数、介质损耗小(温升低)、耐过电压能力强、绝缘电阻高、体积大、国内材料最高耐温105左右,最先进的聚丙烯膜技术可使耐温最高达120。,9/20/2019,9,按用途分类,按用途分:直流(CL21、CBB22)、交流(CL61、CBB62)、高压内串箔式(CBB81)、箔式(CBB18)等。,9/20/20
5、19,10,按认证产品分:,按认证产品分: 普通电容器:使用于安全要求不严格的场合,如所有的直流电容器等。 安规电容器:可利用电容器“隔直通交”的特性,跨接在电源两端,过滤掉交流信号,使直流信号传递到使用线路中,由于这种电容是直接接在电源两端,所以一旦起火将引起灾难性的后果。 此类电容器执行的性能标准为UL1283、UL1414、EN60384-14、VDE0565 、GB/T14472-1998。,9/20/2019,11,三、容器性能指标:(所有指标以环境温度20为准),容量:J(5%),K(10%),M(20%) 。以测试频率1KHZ、20环境温度、1VDC测量电平为准。容量越小,测试电
6、平影响越大,环境温度对聚酯电容器的容量影响较大(约相差1/),测试频率的改变对聚酯电容的容量影响极大(1KHZ测量比10KHZ测量容量大约1);聚丙烯电容器受温度及频率影响较小。 损耗DF:有功功率和无功功率之比,即工作时因发热消耗的能量。受测试频率影响极大(频率越高,损耗越大),1KHZ测量以介质损耗为主,10KHZ测量包含介质损耗和金属部分损耗,频率越高影响因素越多,所以10KHZ 测量加dv/dt测试最能反映电容器真正的好坏。相同容量的电容器端面越大,引线和喷金层接触面积越大,损耗越小。容量越大,介质损耗越大。,9/20/2019,12,绝缘电阻:即直流电压加于电容器上并产生漏导电流之比
7、。可分为体积漏导电阻和表面漏导电阻两部分。表面漏导电阻和芯子受潮有关;体积漏导电阻和电容器介质厚度有关:R=P*d/s(P 介质电阻率;d 介质厚度;s 极板面积),容量和s成反比,所以容量越大,绝缘电阻越小,而介质厚度和绝缘电阻成正比,所以小型化设计的电容器绝缘电阻无法达到正常设计电容器的标准。 耐电压(介电强度):电容器抗击穿能力,分电击穿、热击穿、老化击穿。 1电击穿是电场作用下瞬时发生的击穿,与电容器微观结构、介质厚度、电极面积有关。因介质内部存在气隙、极板边缘电场畸变、潮气进入芯子等引起。 2 热击穿是由于介质中某些弱点热平衡状态受到破坏,使电容器内部温度不断升高,当超过介质最高极限
8、温度时引起的击穿,一般由损耗引起。 3 电容器内部发生电离,不一定立即失效,但长期工作积累下,随电离发展就产生了老化击穿。,9/20/2019,13,特殊电容器的特性指标,dv/dt能力:每微秒电压上升速度,dv/dt指标越高,电流越大、工作频率越高,IEC规定以dv/dt试验1万次后容量损耗的变化值来确定电容器的好坏。 抗脉冲电压能力:安规电容器(X1、X2、Y2)区别与普通交流电容器(CL61、CBB62)之处,即高电压和很大的能量瞬时施加在被测电容器上,被测电容器不会损坏。,9/20/2019,14,电容器失效机理:,电应力影响: 1 电流过载:开关或有关电路元件故障或雷击或脉冲振幅过大
9、产生瞬时大电流引起。 2 电压过载:设备转换过程和突然切断负荷而引起的电压突变。 3 频率过高:在高频或超高频状态下工作而未采用合适的电容器会产生的热击穿。 4 功耗过大:当产品工作状态下漏电流过大或线路上串联电阻阻值较大时,因过耗过大产生热量却无理想的散热的条件从而烧毁。(如降压线路中,串联电阻阻值过大会因功率过大产生很大的热量从而烧毁电阻,而串联电阻过小,则可能在启动时对电容器产生很大的dv/dt冲击而使电容器烧毁)故在散热条件很差,或功率过大的场合,不适宜使用小型化电容器。,9/20/2019,15,环境应力影响 1 湿度影响:受潮后会产生水膜,引起容量漂移,介电强度、绝缘电阻降低,损耗
10、增大导致早期失效。 2 温度影响:高温下有机介质产生塑性流动,导致电容器变形失效。 3 振动和冲击:电容器受振动时会产生内部压力、造成金属部分接触不良、间隙开路甚至断裂而造成失效。,9/20/2019,16,电容器在EMC中的应用:,电磁干扰EMI(electro magnetic interference)的定义:指影响系统性能之非正常的电压和电流,通过电磁能量借传导辐射的方法而介入元件、线路或系统中。 与之对应的是电磁兼容EMC(electro magnetic compatibility):在特定环境中,元件、线路和系统能正常工作的条件和能力。 滤波器的作用就是尽可能消除电磁干扰,而达到
11、电磁兼容,9/20/2019,17,干扰的方式和特性:,按传播方式分主要有传导和辐射两种, 传导产生的干扰主要由不当的耦合与能量的经常变动产生,此杂波产生物一般为电弧产生者,即突然改变电流或电压方向和大小者,如脉冲发生器、雷电、谐振等。 任何电源线上传导干扰信号,均可用差模和共模信号来表示。差模干扰在两导线之间传输,属于对称性干扰;共模干扰在导线与地(机壳)之间传输,属于非对称性干扰。在一般情况下,差模干扰幅度小、频率低、所造成的干扰较小;共模干扰幅度大、频率高,还可以通过导线产生辐射,所造成的干扰较大。 辐射干扰:辐射干扰产生物很多,电视台、电台、吹风机、微波炉等因感受物和杂波产生体因距离近
12、发生的干扰可称为辐射干扰。 一般可这么判别,借金属物体传送的为传导干扰。借非金属物体传送的为辐射干扰。传导式干扰产生于系统内,而辐射干扰系统内外都会产生 .,9/20/2019,18,电容器抑制电磁干扰的基本方法。,简单的滤波器仅有一个电容组成,在高频时电容器就似一个低阻抗地线,任何高频信号都会被短路至地下,在低频时电容器具有高阻抗,同时信号不受影响,因此电容器就是一种低通滤波器。,9/20/2019,19,选择合适的电容器抑制共模和差模干扰,为了抑制差模干扰,电容器可以连接在相线与相线或相线与零线间,此时一般采用X类电容器。 为抑制共模干扰,可将电容器连接在各导线和地线间,此时应采用Y类电容
13、。 带有Y电容器的电气、电子设备当其接地端悬空时(如电视机),人体接触到外壳或电路的公共参考端(电路接地电位)时,交流电源就会通过Y电容器、人体、大地形成图示回路,人体流过“漏电流”,当漏电流很小时,使人有麻电的感觉,这是否安全呢?电气安全规定在一般情况下流过人体的“漏电流”必须小于0.5mA才能保证人身安全。这就是CY电容器的电容量的选择依据,换而言之,CY电容器的电容量越大抑制电磁干扰效果越好,但是所可能产生的“漏电流”必须在人身安全电流以下。医疗电子设备特别是参与介入治疗的电子设备的“漏电流”必须小于10A。因此,这样的医疗设备必须良好接地,而不能指望减小CY的电容量来得到低的漏电流。这
14、也同样说明为什么要求CY电容器那么严酷的原因了。所以CY电容器是不能用其他电容器替代的。 如果既要抑制共模干扰又要抑制差模干扰,则可采用三角形连接的电容组合。,9/20/2019,20,典型的滤波器线路,如果要消除共模和差模以及其他各种频段下的干扰,则应采用更复杂的滤波器线路,通常此线路由电容及电感组成。 下图为一个简单的滤波器线路,电容Cx是用来分流任何高频的差模电流,使他们无法进入接受端,电容Cy是用来分流通往大地的共模电流,电感L1和L2则抑制任何共模电流,Cx,Cy,L1,L2,9/20/2019,21,抑制杂波干扰的方式常用有三种:滤波、屏蔽与隔离(隔离也可视为屏蔽的方式之一)。 滤
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