电容器件选型指南
电容的选型应根据使用环境、温度系数、频率特性、绝缘电阻要求、额定工作电压、使用精度要求、使用寿命、降额使用的原则进行选型。
0.1、参数选型要点说明
1.1、电容器额定工作电压参数的选择
电容器的额定工作电压应高于实际工作电压，并留有足够余量，以防止因电压波动而导致损坏。一般而言，应使工作电压低于电容器的额定工作电压的10%-20%。在某些电路中，电压波动幅度较大，可留有更大的余量，有极性的电容器不能用于交流电路。
电容器的额定电压一般标注在电容器外壳上，常用的固定电容工作电压有：6.3V、10V、16V、25V、35V、50V、63V、100V、400V、500V、630V、1000V。
1.2、温度系数参数的选择
电容器的温度系数越大，其容量随温度的变化越大，使得电路产生漂移，而造成电路工作的不稳定，对于很多电路这种现象是不允许的，贴片电容的温度系数如下表所示：
介质种类 | 参考温度点 | 标称温度系数 | 工作温度范围 |
COG | 20℃ | 0±30ppm/℃ | -55℃~125℃ |
COH | 20℃ | 0±60ppm/℃ | -55℃~125℃ |
HG | 20℃ | -33±30ppm/℃ | -25℃~85℃ |
LG | 20℃ | -75±30ppm/℃ | -25℃~85℃ |
PH | 20℃ | -150±60ppm/℃ | -25℃~85℃ |
RH | 20℃ | -220±60ppm/℃ | -25℃~85℃ |
SH | 20℃ | -330±60ppm/℃ | -25℃~85℃ |
TH | 20℃ | -470±60ppm/℃ | -25℃~85℃ |
UJ | 20℃ | -750±120ppm/℃ | -25℃~85℃ |
SL | 20℃ | -1000~+140ppm/℃ | -25℃~85℃ |
X7R | 20℃ | ±15% | -55℃~125℃ |
X5R | 20℃ | ±15% | -55℃~85℃ |
Z5U | 20℃ | -56%~+22% | 10℃~85℃ |
Y5V | 20℃ | -80%~+30% | -25℃~85℃ |
1.3、绝缘电阻参数的选择
绝缘电阻越小的电容器，其漏电流就越大，漏电流不仅损耗了电路中的电能，重要的是会导致电路工作失常或降低电路的性能。漏电流产生的功率损耗，会使电容器发热，而其温度升高，又会加剧漏电流，如此循环极易损坏电容器。对于应用条件有严格漏电流要求的场合，例如安规电容Y电容，应选择绝缘电阻足够高的电容器。
在寒冷条件下，由于气温很低，普通电解电容器会因电解液结冰而失效，导致设备工作失常，需要使用耐寒的电解电容器。对于周围存在热源的应用场景，普通电解电容的电解液很容易受高温烘烤，降低电容滤波性能，长久使用在高温环境会造成电容失效，应选择固态电解电容。
1.4、误差（精度）参数的选择
在晶振信号的负载电容、反馈环路的电容、振荡回路的电容、滤波器电路，对电容器的误差精度有非常高的要求，应选用高精度的电容器来满足电路要求,电容的误差列表如下：
代码 | B | C | D | F | G | J | K | M | S | Z |
误差 | ±0.10pF | ±0.25pF | ±0.5pF | ±1% | ±2% | ±5% | ±10% | ±20% | +50%/-20% | +80%/-20% |
降额设计
降额使用可以提高可靠性，处于最差工况工作的元件，是实际寿命达不到额定寿命的重要因素，电容降额标准如下：
电容类型 | 电压降额 | 壳温降额 | 反向电压降额 |
固定非固体插装铝电容 | 70% | Tmax-20℃ | N/A |
固定固体铝电容 | 70% | Tmax-20℃ | 2% |
固定插装薄膜电容 | 70% | Tmax-10℃ | N/A |
固定插装单层陶瓷电容 | 70% | Tmax-10℃ | N/A |
固定表贴陶瓷电容 | 70% | Tmax-10℃ | N/A |
可变电容 | 70% | Tmax-10℃ | N/A |
固定固体插装铝电容 | 70% | Tmax-20℃ | N/A |
固定固体表贴铝电容 | 70% | Tmax-10℃ | N/A |
固定片式薄膜电容 | 70% | Tmax-10℃ | N/A |
【降额说明】：工作电压、最高壳温、反向电压这3个降额参数是互相关联的。
1.5、封装参数的选择
电容封装的选择即可以节约PCB板面积，也可以降低电容寄生参数的影响，选择合适的电容封装即可以保证电气性能，也可以保证设计可靠性。
贴片无极性电容器封装结构图
贴片电容封装尺寸规格如下表所示：
型号 Type | 尺寸Dimensions (mm) | ||||
英制表示 | 公制表示 | L | W | T | WB |
0402 | 1005 | 1.00±0.05 | 0.50±0.05 | 0.50±0.05 | 0.25±0.10 |
0603 | 1608 | 1.60±0.10 | 0.80±0.10 | 0.80±0.10 | 0.30±0.10 |
0805 | 2012 | 2.00±0.20 | 1.250±0.20 | ≤0.55 | 0.50±0.20 |
0.80±0.20 | |||||
1.00±0.20 | |||||
1.25±0.20 | |||||
1206 | 3216 | 3.20±0.30 | 1.60±0.30 | 0.80±0.20 | 0.60±0.30 |
1.00±0.20 | |||||
1.25±0.20 | |||||
1.60±0.30 | |||||
1210 | 3225 | 3.20±0.30 | 2.50±0.30 | ≤2.80 | 0.80±0.30 |
1808 | 4520 | 4.50±0.40 | 2.00±0.20 | ≤2.20 | 0.80±0.30 |
1812 | 4532 | 4.50±0.40 | 3.20±0.30 | ≤3.50 | 0.80±0.30 |
2225 | 5763 | 5.70±0.50 | 6.30±0.50 | ≤6.20 | 1.00±0.40 |
3035 | 7690 | 7.60±0.50 | 9.00±0.50 | ≤8.10 | 1.00±0.40 |
0.2、电容应用注意事项说明
2.1、电容使用环境的影响
使用环境的好坏，直接影响电容器的性能和寿命。在工作温度较高的环境中，电容器容易产生漏电并加速老化。在设计时，电容器安装位置应远离热源，或者改善通风散热，必要时增加风扇或者风冷散热。
在寒冷条件下，由于气温很低，普通电解电容器会因电解液结冰而失效，导致设备工作失常，需要使用耐寒的电解电容器。对于周围存在热源的应用场景，普通电解电容的电解液很容易受高温烘烤，降低电容滤波性能，长久使用在高温环境会造成电容失效，应选择固态电解电容。
用于半导体芯片供电电源退耦、滤波电容的高频电容，考虑到半导体芯片本身工作时的环境温度，贴片电容的材质选择应慎重，优选NPO材质贴片电容，次选X7R、X5R，最后再考虑Y5V材质电容。
2.2、不同材质电容性能对比
根据电路应用，选择合适材质的电容，即可以满足电气性能，还可以降低成本。不同材质电容对比如下表所示：
类型 | 电容量 | 额定电压 | 主要特点 | 运用范围 |
聚酯电容 | 40pF~4uF | 63V~630V | 小体积、大容量、耐高温、高压、潮湿 | 中低频电路 |
聚笨乙烯电容 | 10pF~1uF | 100V~30KV | 稳定好、低损耗、体积大 | 高频电路，稳定要求高电路 |
聚丙烯电容 | 1000pF~10uF | 63~2000V | 绝缘性好、容量大、体积小， | 要求较高电路 |
云母电容 | 10pF~0.1uF | 100V~7KV | 高稳定性、可靠性、温度系数小 | 耦合、旁路、调谐 |
瓷介电容 | 1pF~6800pF | 63V~500V | 高频、损耗小、稳定高 | 高频电路 |
低频瓷介电容 | 10pF~4.7uF | 50V~100V | 体积小、价格低、损耗大 | 低频电路 |
玻璃釉电容 | 10pF~0.1uF | 6.3V~400V | 稳定好、损耗小、耐高温 | 脉冲、耦合、旁路 |
铝电解电容 | 0.47uF~10000uF | 6.3V~450V | 体积小、容量大、损耗大、漏电 | 低频电路、隔直电路 |
钽电解电容 | 0.1uF~1000uF | 6.3V~125V | 损耗小、精度低、漏电小 | 低频电路、家用电器 |
2.3、影响电容使用寿命的因素
影响电容使用寿命的原因很多，比如过电压、逆电压、高温、急速放电等。正常使用影响电容寿命的最大因素是温度，电容器的使用寿命随温度的增加而减小，主要原因是温度加速化学反应而使介质随时间退化。
附录1：额定电容的测量方法（IEC60384-1与IEC60384-4）
项目（Item） | 技术规格(Technical Specification) | 测试方法(Test Method and Remarks) | |||
容量 （Capacitance） | I类 Class I | 应符合指定的误差级别（Should be within the specification tolerance） | 标称容量 | 测试频率 | 测试电压 |
≤1000pF | 1MHz±10% | 1.0±0.2Vrms | |||
＞1000pF | 1KHz±10% | ||||
II类 Class II | 应符合指定的误差级别（Should be within the specification tolerance） | ≤10uF | 1KHz±10% | 1.0±0.2Vrms | |
＞10uF(X7R、Y5V) | 120Hz±24Hz | 0.5±0.1Vrms | |||
＞10uF(Z5U) | 1KHz±0.1KHz | 0.5±0.05Vrms | |||
附录2：电容器的型号命名方法
第一部分：主称 | 第二部分：材料 | 第三部分：特征 | 第四部分：序号 | |||
符号 | 意义 | 符号 | 意义 | 符号 | 意义 | 包括 |
C | 电容 | C | 瓷介 | Y | 高压 | 品种 尺寸 代号 标称值 温度特性 允许误差 标准代号 直流电压 |
I | 玻璃釉 | | | |||
O | 玻璃膜 | T | 铁电 | |||
Y | 云母 | | | |||
V | 云母纸 | W | 微调 | |||
Z | 纸介 | | | |||
J | 金属化纸 | J | 金属化 | |||
B | 聚笨乙烯 | | | |||
F | 聚四氟乙烯 | X | 小型 | |||
L | 涤沦 | | | |||
S | 聚碳酸酯 | S | 独石 | |||
Q | 漆膜 | | | |||
H | 纸膜复合 | D | 低压 | |||
D | 铝电解 | | | |||
A | 钽电解 | M | 密封 | |||
G | 金属电解 | | | |||
N | 铌电解 | C | 穿心 | |||
T | 钛电解 | | | |||
附录3：常用固定电容的标称容量系列表
电容类别 | 允许误差 | 容量范围 | 标称容量 |
纸介电容、金属化纸介电容、纸膜复合介质电容、有机薄膜介质电容 | 5% | 100pF~1uF | 1.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8、 |
±10% | 1uF~100uF | 1、2、4、6、8、10、15、20 | |
±20% | 20、30、50、60、80、100 | ||
瓷介电容、玻璃釉电容、云母电容、高频有机薄膜电容 | 5% | 1pF~1uF | 1.1、1.2、1.3、1.5、1.6、1.8、2.0、2.4、2.7、3.0、3.3、3.6、3.9、4.3、4.7、5.1、5.6、6.2、6.8、7.5、8.2、9.1 |
10% | 1.0、1.2、1.5、1.8、2.2、2.7、3.3、3.9、4.7、5.6、6.8、8.2 | ||
20% | 1.0、1.5、2.2、3.3、4.7、6.8 | ||
铝、钽、铌、钛电解电容 | 10% | 1uF~1F | 1.0、1.5、2.2 3.3、4.7、6.8 （容量单位为uF） |
±20% | |||
50%/-20% | |||
100%/-20% |
