电容作为一个储能元件，可以储存能量。电容的这一特性，使得电容在电路中的应用非常广泛。因此，本篇文章汇总了电容的常见应用，以及针对不同介质类型的电容做一下选型要点分析。

电容的应用主要分为以下几个方面：

储存能量就可以当电源，例如超级电容。

存储数据，应用非常广。动态易失性存储器(DRAM)就是利用集成的电容阵列存储数据，电容充满电就是 1，放完电就是 0。各种手机、电脑、服务器中内存的使用量非常大，因此，内存行业都可以作为信息产业的风向标了。

定时：电容充放电需要时间，可以用做定时器；还可以做延时电路，最常见的就是上电延时复位；一些定时芯片如 NE556，可以产生三角波。

如下图所示是一个电容延时点灯的实验，电路如下：

其核心是一个比较器，供电电源是 9V，9V 的 63.2%是 5.7V，5.7V（电路里是 5.59V）作为运放的反相输入，电容作为运放的正相输入。电容和电阻组成充电回路，电阻是 10Ω，电容是 1F（我选了一个超级电容），意味着充电常数是 10 秒。上电的 10 秒后，电容电压应该达到和超过 5.7V，点亮 LED。我们来看一下仿真波形：

绿色波形表示电容上电压变化，紫色波形表示 LED 上电压变化。可以看到大约经过 10 秒钟后，LED 点亮。

与电感一起组成 LC 谐振电路，产生固定频率的信号。

电源去耦应该是电容最广泛的应用，各种 CPU、SOC、ASIC 的周围、背面放置了大量的电容，目的就是保持供电电压的稳定。

首先，在 DCDC 电路中，需要选择合适的输入电容和输出电容来降低电压纹波。需要计算出相关参数。

此外，像 IC 工作时，不同时刻需要的工作电流是不一样的，因此，也需要大量的去耦电容，来保证工作电压得稳定。

设计电路时，有些情况下，只希望传递交流信号，不希望传递直流信号，这时候可以使用串联电容来耦合信号。

例如多级放大器，为了防止直流偏置相互影响，静态工作点计算复杂，通常级间使用电容耦合，这样每一级静态工作点可以独立分析。

例如 PCIE、SATA 这样的高速串行信号，通常也使用电容进行交流耦合。

旁路，顾名思义就是将不需要的交流信号导入大地。滤波其实也是一个意思。在微波射频电路中，各种滤波器的设计都需要使用电容。此外，像 EMC 设计，对于接口处的 LED 灯，都会在信号线上加一颗滤波电容，这样可以提高 ESD 测试时的可靠性。

铝电解电容(湿式)无论是插件还是贴片封装，高度都比较高，而且 ESR 都较高，不适合于放置于 IC 附近做电源去耦，通常都是用于电源电路的输入和输出电容。

容值

从规格书中获取电容值容差，通常铝电解电容的容差都是±20%。计算最大容值和最小容值时，各项参数要满足设计要求。

额定电压

铝电解电容通常只适用于直流场合，设计工作电压至少要低于额定电压的 80%。对于有浪涌防护的电路，其额定浪涌电压要高于防护器件(通常是 TVS)的残压。

例如，对于一些 POE 供电的设备，根据 802.3at 标准，工作电压最高可达 57V，那么选择的 TVS 钳位电压有 90 多 V，那么至少选择额定电压 100V 的铝电解电容。此时，也只有铝电解电容能同时满足大容量的要求。

耗散因数

设计 DCDC 电路时，输出电容的 ESR 影响输出电压纹波，因此需要知道铝电解电容的 ESR，但大多数铝电解电容的规格书只给出了耗散因数 tanδ。可以根据以下公式来计算 ESR：

ESR = tanδ/(2πfC)

例如，120Hz 时，tanδ为 16%，而 C 为 220uF，则 ESR 约为 965mΩ。可见铝电解电容的 ESR 非常大，这会导致输出电压纹波很大。因此，使用铝电解电容时，需要配合使用片状陶瓷电容，靠近 DCDC 芯片放置。

随着开关频率和温度的升高，ESR 会下降。

额定纹波电流

电容的纹波电流，要满足 DCDC 设计的输入和输出电容的 RMS 电流的需求。铝电解电容的额定纹波电流需要根据开关频率来修正。

寿命

铝电解电容的寿命比较短，选型需要注意。而寿命是和工作温度直接相关的，规格书通常给出产品最高温度时的寿命，例如 105℃时，寿命为 2000 小时。

根据经验规律，工作温度每下降 10℃，寿命乘以 2。如果产品的设计使用寿命为 3 年，也就是 26280 小时。则 10*log2(26280/2000)=37.3℃，那么设计工作温度不能超过 65℃。

像 Intel 的 CPU 这样的大功耗器件，一颗芯片 80 多瓦的功耗，核电流几十到上百安，同时主频很高，高频成分多。这时对去耦电容的要求就很高：

这时，选择聚合物铝电解电容最为合适。此外，对于音频电路，通常需要用到耦合、去耦电容，由于音频的频率很低，所以需要用大电容，此时聚合物铝电解电容也很合适。

根据前文相关资料的来源，可以发现，钽电容的主要厂商就是Kemet、AVX、Vishay。

钽属于比较稀有的金属，因此，钽电容会比其他类型的电容要贵一点。但是性能要比铝电解电容要好，ESR 更小，损耗更小，去耦效果更好，漏电流小。下图是 Kemet 一款固态钽电容的参数表：

额定电压

固态钽电容的工作电压需要降额设计。正常情况工作电压要低于额定电压的 50%；高温环境或负载阻抗较低时，工作电压要低于额定电压的 30%。具体降额要求应严格按照规格书要求。

此外，还需要注意钽电容的承受反向电压的情况，交流成分过大，可能会导致钽电容承受反向电压，导致钽电容失效。

固态钽电容的主要失效模式是短路失效，会直接导致电路无法工作，甚至起火等风险。因此，需要额外注意可靠性设计，降低失效率。

对于一旦失效，就会造成重大事故的产品，建议不要使用固态钽电容。

额定纹波电流

纹波电流流过钽电容，由于 ESR 存在会导致钽电容温升，加上环境温度，不要超过钽电容的额定温度以及相关降额设计。

片状多层陶瓷电容应该是出货量最大的电容，制造商也比较多，像三大日系 TDK、muRata、Taiyo Yuden，美系像 KEMET、AVX(已经被日本京瓷收购了)。

三大日系做的比较好的就是有相应的选型软件，有电感、电容等所有系列的产品及相关参数曲线，非常全，不得不再次推荐一下：

Class I 电容应用最多的是 C0G 电容，性能稳定，适用于谐振、匹配、滤波等高频电路。

C0G 电容的容值十分稳定，基本不随外界条件(频率除外)变化，下图是 Murata 一款 1000pF 电容的直流、交流及温度特性。

因此，通常只需要关注 C0G 电容的频率特性。下图是 Murata 的 3 款相同封装(0402inch)相同容差(5%)的 10pF 电容的频率特性对比。

其中 GRM 是普通系列，GJM 是高 Q 值系列、GQM 是高频系列，可见 GQM 系列高频性能更好，自谐振频率和 Q 值更高，一些高频性能要求很高的场合，可以选用容差 1%的产品。而 GRM 系列比较便宜，更加通用，例如 EMC 滤波。

Class II 和 Class III 电容都是高介电常数介质，性能不稳定，容值变化范围大，通常用作电源去耦或者信号旁路。

以 Murata 一款 22uF、6.3V、X5R 电容为例，相关特性曲线：

容值

Class II 和 Class III 电容，容值随温度、DC 偏置以及 AC 偏置变化范围较大。特别是用作电源去耦时，电容都有一定的直流偏置，电容量比标称值小很多，所以要注意实际容值是否满足设计要求。

纹波电流

作为 DCDC 的输入和输出电容，都会有一定的纹波电流，由于 ESR 的存在会导致一定的温升。加上环境温度，不能超过电容的额定温度，例如 X5R 电容最高额度温度是 85℃。

通常由于多层陶瓷电容 ESR 较小，能承受的纹波电流较大。

自谐振频率

电容由于 ESL 的存在，都有一个自谐振频率。大容量的电容，自谐振频率较低，只有 1-2MHz。所以，为了提高电源的高频效应，大量小容值的去耦电容是必须的。此外，对于开关频率很高的 DCDC 芯片，要注意输入输出电容的自谐振频率。

ESR

设计 DCDC 电路，需要知道输出电容的 ESR，来计算输出电压纹波。多层陶瓷电容的 ESR 通常较低，大约几到几十毫欧。

对于我们家用的电子设备，最终都是 220V 交流市电供电。电源适配器为了减少对电网的干扰，通过相关 EMC 测试，都会加各种滤波电容。下图为一个简易的电路示意图：

对于 L 和 N 之间的电容叫 X 电容，L、N 与 PE 或 GND 之间的电容叫 Y 电容。由于 220V 交流电具有危险性，会威胁人的人身安全，电子产品都需要满足相关安规标准，例如 GB4943 和 UL60950 的相关测试要求。因此，X 电容和 Y 电容与这些测试直接相关，所以也叫安规电容。

以抗电强度测试为例，根据标准，L、N 侧为一次电路，需要与 PE 或 GND 之间为基本绝缘。因此，需要在 L 或 N 对 GND 之间加交流 1.5kV 或者直流 2.12kV 的耐压测试，持续近 1 分钟，期间相关漏电流不能超过标准规定值。因此，安规电容，有相当高的耐压要求，同时直流漏电流不能太大。

此外，常用的 RJ45 网口，为了减小 EMI，常用到 Bob-Smith 电路，如下图所示：

可以看到电容的耐压都是 2kV 以上，因为网口通常有变压器，220V 交流电的 L 和 N 到网线有两个变压器隔离，是双重绝缘，L 和 N 到网线之间也要进行抗电强度测试。双重绝缘，通常要求通过交流 3kV 或直流 4.24kV 测试。

因为，安规电容有高耐压要求，通常使用瓷片电容或者小型薄膜电容。

此外，器件选型还要主要两点要求：和结构确认器件的长宽高；对插件封装器件不多时，是不是可以全部使用表贴器件，这样可以省掉波峰焊的工序。

本文简要介绍了电容的应用领域，以及大致介绍了几类电容的应用选型。

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