四个对比搞清薄膜电容关键特性

得捷电子DigiKey 2023-02-23 1260

描述

由于薄膜电容以下特点，输入滤波电路中经常会用到薄膜电容：

薄膜电容对比其他类型的电容的优势

更低的寄生效应，
在温度和频率上表现出非常稳定
耐高纹波电流能力
自修复特性

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图 1 薄膜电容结构（图片来源于Yageo的R46系列的数据手册）当有强制性的特殊安全要求时，该特性保证了整个产品工艺链的高可靠性。其他技术虽然也可以制造可靠的电容。但在制造后，如在PCB或设备安装过程中，可能会出现其他问题。此外，薄膜电容器的故障模式是容值下降或开路模式，这使得它们非常适合需要安全和可靠性的场合。然而，不同电介质材料的薄膜电容的特性，也会有所不同。比较全面不同介质类型的薄膜电容，其耐温表现以及高频应用下的表现都不一样。了解每种薄膜材料的优缺点，才能更好地找到适合项目的薄膜电容。

薄膜电容四种常见电介质材料对比

薄膜电容，常见的4种电介质材料：

简写	英文名	中文名
PET	Polyethylene Terephthalate	聚对苯二甲酸乙二醇酯
PEN	Polyethylene Naphthalate	聚萘二甲酸乙二酯
PPS	Polyphenylene Sulfide	聚苯硫醚
PP	Polypropylene Metallized	金属化聚丙烯

Digi-Key介电材料选择

在Digi-Key网站，可以根据产品的介电材料来选择合适的薄膜电容得捷电子

Digi-Key薄膜电容（直插封装）
Digi-Key薄膜电容（贴片封装）

四种电介质材料特性对比：

材料属性	PP	PET	PEN	PPS
优势	在特定温度频率范围内，高电流、高电压稳定性	高容值密度高工作温度	高容值密度高工作温度	非常稳定精密公差高工作温度
限制	高温不适合	高频率不适合	高频率不适合	高成本
应用	交直流高功率脉冲X&Y EMI抑制	直流和交流低功率旁路、隔离耦合与去耦定时和滤波器	直流低功率旁路、隔离耦合与去耦定时和滤波器	直流低功率高温定时，过滤器振荡电路

（资料来源于Yageo）

四种电介质材料属性数对比：

属性	PP	PET	PEN	PPS
介电常数（1kHz）	2.2	3.3	3	3
商业最小厚度（um）	1.9	0.7	1.4	1.2
DF（%在1kHz时）	0.02	0.45	0.33	0.05
Tcc(Dc/c)-55°C to +125°℃	+1,-3%	-5,+12%	-2,+3%	±1%
最低温度（°c）	-55	-55	-55	55
典型最高温度（℃）	105	125	125	125
最大延伸温度（c）	125	150	200	20o
介电击穿（v/um）	400	280	300	220
熔化温度（c）	178	254	266	283
回流和多次回流	不适用	245	245-255	260
自恢复	高	中	中-低	低
典型工作电压 V/um	60-220	50-70	50-70	13-50
最大 DC 电压	2000	1000	250	100

（资料来源于Yageo）

根据这个表格，可能会发现PET或许是电压、温度和介电常数最佳组合的材料。同时PET也是最常见的薄膜电容介电材料，耐高低温，我们也称他们为涤纶电容（Polyester Capacitor）

容值随温度频率的变化：

薄膜电容的容值受温度的影响。根据用作电介质的塑料膜的类型，容值得变化率会有所不同。使用PPS，容值几乎不会发生变化。对于PET，这种变化的特征是正温度系数，而对于PP，则是负温度系数。

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图 3 不同材料薄膜电容，容值随温度频率变化 (图片来源于TDK)也有复合电容器使用具有相反热系数的材料组合来稳定电容。电容也会根据频率而变化，如下图所示。PPS的一个特点是它的热特性和频率特性都很好。

tanδ随温度频率的变化：

tanδ反应的是电容电介质内单位体积中能量损耗的大小，tanδ越小，说明薄膜电容的品质越好。如何计算tanδ电容等效串联电阻（ESR）是一个很重要的参数, 我们可以通过物料损耗角（δ）的相关信息来计算ESR值。电容的总复阻抗在实-复数平面上表示为实数分量（ESR）和复数（无功）分量的矢量和，用以表示“理想”电容（ESR等元素在所有实际分量中均混合使用）。总阻抗与其复数分量之间的角称为“损耗角” (即tanδ )，该数值用于概括电容总阻抗的理想和非理想分量之间的比值。得捷电子

根据tanδ，我们可以通过下面公式计算出计算电容ESR。

更多内容参考：通过tan δ计算电容ESRtanδ随温度频率的变化tanδ倾向于随着频率增加而增加, 但随着温度增加对于PP材质薄膜电容最不明显。得捷电子

图 4 不同材料薄膜电容，tanδ随温度频率变化 (图片来源于TDK)因此，PP材质薄膜电容适用于大电流应用。

小贴士：薄膜电容使用时的注意事项-额定电压

额定电压即恒定基础上施加到电容器的最大电压。额定电压可用于直流和交流。对于薄膜电容，直流和交流额定电压通常在几十到几百伏的范围内。用于电力系统的高压类型的交流电压额定值可以到几千伏或更高。

交流额定值是假定仅用于处理交流电流的电路中的电容电压。当用于交流时，如果施加的电压超过一定水平，则会发生电晕放电。持续电晕放电可能导致绝缘击穿。由于额定电压有随温度升高而下降的趋势，因此必须选择具有余量的电容。

我们以R74系列举例：

在R74数据手册中，我们可以看到，当温度超过85度时，额定电压每升一度，建议降低1.25%

高频电流或纹波电流会导致薄膜电容的自发热。通常温升可能会保持在5至10°C之间，但必须注意环境温度加上自加热温度不得超过电容器的使用范围。

最后总结一下：

介质材料	特性总结
PET	最常见的薄膜电容器。耐高温和低温，成本低。
PEN	高容值密度，高工作温度。
PPS	良好的耐热性和热特性，但价格较高。
PP	高绝缘电阻，低tanδ（损耗），适用于高电流，但耐热性稍低。