[閒聊] 電容小知識 (上) 理論篇

[suzukihiro (太閤真好玩)]

前言:

許多老舊電腦主機板或者顯示卡出現工作不穩的狀態
其中有些主要原因是因為電源處理的電子零件老化,有些根本是壽終正寢
一般玩家最容易體驗到的就是電容爆漿的狀況
尤其現在的玩家大部分都不關電腦,加上處理器等相關零件耗電及廢熱的暴升
往往不是主機板或者電源供應器出現電容爆漿的情形
使用日製電容與否也成為採購時考慮的重點之一,甚至有人對台製叱之以鼻
但是別想太多,日製電容只是簡單的參考,畢竟各個型號的電容還是有高低之分
相較於只會挑日系電容,那還不如先學會電容原理及理論



電容:電容的用處非常十分廣泛, 包括了濾波、旁路、耦合、信號調諧等用處

為了提供不同的用處,因此製造時也會有不同的材料製造,來做出不同電氣

特性的電容,一般來說可分為:

電解電容    http://0rz.tw/7b4Av

金屬皮膜電容http://0rz.tw/c34B2

塑膠電容    http://0rz.tw/914Dy

陶瓷電容    http://0rz.tw/a04CF

SMD鋁電解   http://0rz.tw/844Cg

鉭電解      http://0rz.tw/bd4D3

當然還有各種類型的,但比較常見的就這幾種

今天主要講解就是電解電容

電解電容簡單說就是在鋁、鉭、鈮、鈦等金屬表面採用陽極氧化法生成薄層
的氧化物作為陽極電板,另外以電解質作為陰極來捲製的電容
以陽極區分有鋁電解和鉭電解,另外陰極部分是影響電容特性相當重要的關鍵
一般來說有:電解液、二氧化錳、TCNQ、PPY、PEO等等

板卡上最常用到的就是鋁電解和鉭電解,這兩個很容易判別,鋁電解往往是最大的那個
其中又分直插式和SMD兩種接腳,在電容捲製完成後會套上鋁殼,另外有的外面會包上
一層PVC並在上面註記容量及耐壓值及型號等等,但新型的PPY或者PEDT電容為了環保
往往只會套上鋁殼,不會多加PVC,所以玩家之間才會流傳說鋁殼電容才是好電容
其實並不然,真要區分陰極材質並非靠PVC膠膜就可以完成,還得看型號

至於鉭電解電容其外殼大部分由樹酯封裝而成,鉭電容的特性比鋁電容好
因為鉭電容的材質是陽極氧化後生成的五氧化二鉭,其介電能力比鋁電容的
三氧化二鋁要高,另外由於鉭材質的性質比較穩定,在高頻方面表現也比鋁電解好

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陰極材質決定電容性能

1.電解液:由GAMMA丁內酯有機溶劑加弱酸鹽電容質經過加熱而成

優點:易提昇電容量,最高可耐260度高溫,耐壓性強,具有自癒特性
缺點:高溫環境下容易揮發、滲透,ESR值過高(0.01S/CM)

2.二氧化錳:鉭電容所使用的陰極材料

優點:導電率高0.1S/CM,ESR低,較沒有滲透危險,最高耐溫可達500度
缺點:極性接反容易產生高溫.高溫環境下釋放出氧氣,同時五氧化二鉭會發生晶質變化
     產生裂縫,而氧氣會沿著縫隙和鉭粉混合會發生爆炸

3.TCNQ:有機半導體電容,90年代中後期出現
優點:導電效率超高1S/CM,電解液的100倍,二氧化錳的10倍,性能穩定,價格低廉
缺點:熱阻效能不好,溶解溫度只有230度到240度,因為是一種氰化物,會造成環境污染

4.PPY,PEDT:固體聚合物導體
優點:電導率居冠100S/CM,無污染,溫度可忍受300度以上,可使用SMD貼片製造生產
缺點:價格偏高,耐電壓性能不強,因此只能用在低電壓用途


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電容參數:這是判斷電容好壞的關鍵,並不是說台製就一定比日製爛
人家也是有產品區隔的,日系的也是會爆漿,所以主要還是看參數較準

1.濾波電流(Ripple Current)

簡單講這數據越大越好,表示電容可以提供的特定額度電流淨化能力
另外這個數值也比外面標示的μf來的準確
以這顆NCC KZJ為例  http://0rz.tw/cb4E7  同樣型號的1800μf電容
不同耐壓值下濾波電容分別為6.3V/2460mA  10V/2750mA等等
另外更換電容時選高一級耐電壓值的電容,除了可讓工作更安全
也可以提供更大的漣波電流,但是需要付較大的成本

2.ESR(等校串聯電阻)

電容在製造完成後,內部多少會產生一些電阻,而電容當然是希望電阻值越小越好
因為當電流經過,會因為內阻導致功率消耗,而這些電能也會造成熱能
低SER電容在現今板卡上是相當重要的指標

3.損失角(tanδ)
損失角,既有損失,當然愈低愈好,塑料電容的損失角很低,但鋁電解電容
就相當高。DF 值是高還是低，就同一品牌、同一系列的電容器來說，與溫度、容量、電
壓、頻率…等都有關係；當容量相同時,耐壓愈高的DF 值就愈低。舉實例做說明,同
廠牌同系列的10000μF 電容，耐壓80V 的DF 值一定比耐壓63V 的低。此外溫度愈高
DF 值愈高,頻率愈高DF 值也會愈高


4.漏電流(leakage current)
它的計算公式大致是：I＝K×CV。漏電流I 的單位是μA，
K 是常數,例如是0.01 或0.0,，每家製造廠會選擇不同的常數。但不論如何,電容器容
量愈高,漏電流就愈大。如果你有容量愈大平滑效果愈好的想法,這個「漏電流」也請
考慮在內。從計算式可得知額定電壓愈高，漏電流也愈大，因此降低工作電壓亦可降低
漏電流。但降低電容器的漏電流並不容易，低漏電流low leakage current-LL 系列價格
高昂,國內廠商製造的低漏電流LL 系列電容，價格比許多日本製造電容還貴。漏電流規格
鋁電解電容就比鉭電解電容高許多,鉭質電容也有乾式及濕式兩種,不過它的容量及耐
壓都較低。除特別定製外，面對一般品，想要降低它的漏電流可設法提高Vs 對Vr 的比
值。Vs 是湧浪電壓,其值當然比Vr 額定電壓高,但施加電壓(真正的工作電壓)還應該比
Vr 低,例如取Vr 的90％；找高耐壓品種可說是完全正確。

5.使用壽命

一般玩家最怕的就是爆漿的情形,但其實電容算是消耗品,因此有一定的使用年限
通常電容表面會標示一個溫度資料,目前鋁電容較高的耐溫為125度
而這個溫度代表該電容能承受的最高溫度,當電容持續在最高溫度下使用
一般只能維持1000個小時工作時間,而通過這個溫度數值,可以計算出此電容
在不同的溫度環境下的壽命

鋁固體聚合物導體電容算式

L2=L1 * 10 ^[(t1-t2)/20]

L2代表實際電容使用壽命,單位為小時
L1代表最高溫度下的壽命(1000小時)
T1代表該電容標示的最高工作溫度
T2代表實際使用環境的溫度 (例如85度)

通過算式可計算出L2=1000*10的二次方=100000小時 大約11年左右

鋁電解電容算式

L2=L1*2^[(t1-t2)/10]

一樣最高設為125度 實際設為85度

L2=1000*2的四次方=16000小時 大約不到兩年


理論篇差不多講完了....其實還有很多沒講到  但是怕已經底下睡成一片

電蝦眾下課!!!!  下一篇是實戰電容辨識篇



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  台南食記  肚子餓可別亂點進來 XD

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→ b77887:頭推!!
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→ suzukihiro:九姑娘  氣質 氣質!!!
→ RHTZ:電容有些還有分 有極性跟無極性
→ Love1019:>\\\\\< 無極 我知道 !! 電影嘛.... 真田廣之 ~
→ suzukihiro:要分下去 我要打到明天
→ RHTZ:通常玩音響的都會去買電容回來濾波 讓音色更優美
→ suzukihiro:我講的是很基本的電容觀念
→ RHTZ:電容真的是很神奇的東西 基本上 就是充放電 (還有分AC跟DC喔)
推 Love1019:m了耶 >\\<
→ suzukihiro:這篇我從早上打到現在 600多銀
→ RHTZ:我以前在電子零件行打工 每天都在摸電容 摸到會怕 = =
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推 Love1019:電蝦還是有清流的 ~ ( ￣ c￣)y▂ξ
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