X电容Y电容如何选择与使用

X电容Y 电容，通常称为安规电容，是按照IEC 60384-14:2005进行认证的电容，如何正确的选择和使用X，Y电容才能够符合安规要求，改善产品的EMC性能？本文将从X，Y电容的基本特性和实际应用方法两方面进行具体阐述。

(一)X电容和Y电容的基本特性

X 电容（差模电容）：是一种使用于在电容器失效是不会导致电冲击危险的场合所使用的电容器或RC组件，X电容在电路中是用于L-L之间，或L-N之间，起到差模滤波的作用，所以X电容也称为差模电容。X电容按照叠加到电源本体上的脉冲峰值电压（使用中可能承受的）的大小分为三个小类X1，X2，X3 电容，如表1。

表1 X电容

Y 电容（共模电容）：是一种使用于在电容器失效是不会导致电击危险的场合所使用的电容器或RC组件，一般使用于L-PE, N-PE之间，起到共模滤波的作用，所以Y电容也称为共模电容。这两个Y电容连接的位置比较关键,必须需要符合相关安全标准, 以防引起电子设备漏电或机壳带电,容易危及人身安全及生命。它们都属于安全电容,从而要求电容值不能偏大,而耐压必须较高，具体分类如表2。

表2 Y电容

Y电容的电容量必须受到限制，从而达到控制在额定电压及额定频率作用下，流过它的漏电流的大小在相关标准的允许范围内。例如，GJB151就规定Y电容的容量应不大于0.1uF。

同时，再次强调，Y电容除符合相应的电网电压耐压外，还要求这种电容器在电气和机械性能方面有足够的安全余量，避免在极端恶劣环境条件下出现击穿短路现象，Y电容的耐压性能对保护人身安全具有重要意义。

(二)X电容和Y电容的具体用法

X，Y电容最重要的用途是用于EMI滤波器的设计。在EMC设计中，所有的元器件都不是理想的器件，包括电容。当频率范围很高时，其寄生参数（寄生电感、寄生电容）不可忽视，而且往往是影响滤波性能的重要因素。

实际电容的等效电路见图1：

图1 电容等效电路

图中：

ESR：电容器的物理结构和引脚上不可避免的存在寄生电阻，我们称之为Equivalent Series Resistance；

ESL：电容器将流过它的电流限制在一个给定的物理路径上，对电流有一定的限制作用，形成了Equivalent Series Inductance；

IR：直流电压加在电容上，并产生漏电电流，两者之比称为绝缘电阻。当电容较小时，主要取决于电容的表面状态；当容量＞0.1uf时，主要取决于介质的性能。随着频率的升高，C的阻抗远远小于IR的阻抗，在EMC考虑的频率范围以内，可以忽略IR。

则电容阻抗曲线如图2，插入损耗曲线如图3：

图2 电容阻抗曲线

图3 电容插入损耗曲线

由图可见，由于电ESL的存在，电容实际上是一个LC串联谐振网络，在谐振频率上会发生谐振，谐振点上，阻抗很小，插损很大；当干扰频率高于谐振点后，电容呈现电感的阻抗特性，频率越高，阻抗越大，电容的滤波效果越差。这在实际工程中必须引起足够的重视。

所以要滤除高频的电磁干扰，一定要使电容器的谐振频率高于干扰频率。但有时也利用电容这个特性对特定频率的干扰进行有效的滤波，通过调整谐振点，使谐振点在干扰频率附近。提高谐振频率的方法使减小引线电感和电容，但有时为了要滤除频率较低的干扰信号必须使用较大的电容，或者是人为的通过延长电容管脚来增加引线电感。

这就出现了一个矛盾：为了提高高频的滤波效果，要使用容量较小的电容，而小电容对低频的滤波效果又很差，需要增加大电容进行补偿，如何兼顾高频和低频的滤波要求？通过实践，我们总结了一个实用的方法，即用一个大电容和一个小电容并联起来使用的解决方案。其插入损耗曲线如图4所示：

图4 电容并联插入损耗曲线

需要注意，在大电容的谐振频率和小电容的谐振频率之间，大电容呈现电感特性，小电容呈现电容特性，实际是一个LC并联网络，这个LC并联网络在某一频率上会发生并联谐振，导致其阻抗为无穷大，这时的滤波效果很差，如果在这个频率上有很强的干扰，就会出现噪声超标问题。

选用适当种类的电容也十分重要。陶瓷电容具有较好的高频特性，是最常用的滤波电容，但它的容量随工作电压、电流频率、时间和环境温度等变化。图5给出几种常用电容的使用频率范围：

图5 常用电容使用频率范围

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