我们的基本无源和固有的模拟元件(电阻器、电容器和电感器)在概念上非常简单且易于描述，以至于我们常常无法充分的表达或理解它们在系统或电路中所能发挥的诸多作用。
想想那些电容器，看起来很不起眼，却拥有着许多功能，例如电源轨旁路、直流阻断、大功率滤波、RC滤波等等。这些功能通常不仅需要合适的电容值，还需要根据应用的独特需求，采用合适的材料、设计和制造工艺。
在AC/DC EMC滤波器应用中，有两类特殊电容器，分别称为X电容器和Y电容器，用于滤除交流电源的电磁干扰EMI，它们通常被统称为安全电容器。这些电容器既是良好设计规范的要求，也是监管标准的强制性规定。需要注意的是，这种EMI“噪声”与只会降低信噪比(SNR)的基本信号噪声截然不同，而且危害更大，我们这里讨论的是电源线路上的噪声。
X电容用于差模EMI滤波，而Y电容则用于共模EMI滤波，其通过将导线中的干扰信号旁路至地来实现(图1)：
图1：X电容和Y电容相对于交流线路的正确位置定义。来源：Recom Power GmbH
X电容器用于最大程度地降低交流电源中差模噪声可能引起的EMI/RFI，通常被称为“线间”或“跨线”电容器，它们跨接在“火线”(黑色)和“零线”(白色)之间，以最大程度地减少传导干扰、过压浪涌和电压瞬变造成的负面影响。
提醒一下，标准的单相交流线路有三个连接：火线、中性线和地线。
并非任何数值满足要求的电容器都适合充当X或Y电容。X电容器在向电路(即其负载)提供干净的交流信号时，承受着所有交流线路的电压波动和应力。如果超过电容器的电压或功率阈值，可能会导致危险。由于这种过应力情况的风险，X电容器被设计为在发生故障时短路，从而触发断路器或保险丝切断电源电路。
相比之下，Y电容器通常被称为“线对地”或“线路旁路”电容器。Y电容器放置在交流电源和地之间，用于处理交流线路上共模噪声引起的EMI/RF噪声。
它们的故障模式与X电容器不同。Y电容器被设计为开路故障，因为Y电容器短路可能对设备使用人员造成致命的电击危险。开路故障会使负载电路暴露于未经滤波的交流电源中，从而降低火灾风险。需要注意的是，X电容器设计的故障模式与Y电容器的模式相反。
典型的交流电源应用中X电容器和Y电容器均不可或缺(图2)。
图2：该原理图展示了如何在交流输入电路中使用两个电容器。来源：Altium
这些电容器的典型电容值取决于具体应用、电流电压和电流水平以及其他因素。它们的范围通常从20pF到1,000pF，但也可能更大。
除了故障模式和电容值之外，这些电容器还受到许多强制性要求。此外，还有各种标准和相关的子分类(X1、X2、X3以及Y1、Y2、Y3、Y4)，用于指示安全电容器的性能和阈值，其中使用最广泛的是IEC60384-14，该标准根据故障前不同程度的“峰值电压脉冲”定义了X和Y电容器的安全等级。
这些电容器都需经过严格的测试，并采用不同的技术来满足这些要求。陶瓷电容器和薄膜电容器均可用于X或Y电容器，但它们可能会因为尺寸和各自的特性的不同更适用于其中的某一类。陶瓷电容器可以在较小的体积内实现更高的电容值，而薄膜电容器则具有固有的自修复特性。
在实际安装中使用这些电容器还会产生其他影响。除了元件本身的成本外，EMC滤波器中使用的X电容器还需要在交流线路断开(例如拔掉电源线)时放电，这可以确保过高的电压不会“滞留在”主电源线上，从而避免用户接触裸露的插头时会带来的意外风险。
最大允许放电时间受IEC60950和IEC60065等行业标准的约束，此放电要求确保交流电源插头插针上的任何高电压都不会对用户造成触电危险。这些标准要求X电容两端的电压衰减时间常数最大为1秒。
通常，通过在X电容上并联一个电阻作为放电元件(有时称为“泄放电阻”)来满足此要求，然而，该电阻会导致持续的功率耗散，从而影响待机功耗。
放电电阻的功耗取决于X电容的值，在230V交流电下，如果放电电阻满足时间常数要求，则每100nF的X电容将产生5.3mW的功耗。如果X电容值为470nF，则放电电阻的功耗约为25mW。
当然，电源相关IC的供应商也将此视为一个机遇，他们开发可与放电电阻串联的IC，当电源电压断开时，这些电阻会自动释放X电容中的能量，从而将能量从裸露的交流电源插头转移出去，来保护用户。
例如，德州仪器(TI)的UCC28630和UCC28633 IC包含一个名为“主动X电容器放电”的功能。该电路会定期监测X电容器两端的电压，以检测所有的直流状况(这表明已发生交流电源断开)，然后使用内部高压电流源释放X电容器两端的电压。
另一个例子来自Power Integrations。当交流电压施加到其CAP300DG CAPZero-3 X电容放电IC(正式名称为“zero loss automatic X capacitor rapid discharge IC with optional lossless zero crossing signal generator”)时，它会阻断X电容安全放电电阻中的电流，从而将230V交流电压下的功率损耗降至5mW以下(接近于零)。断开交流电压后，CAP300DG会通过连接串联放电电阻自动放电X电容。
这些X电容和Y电容的功能和需求非常明确，至少在你了解它们之后是这样。但是，当你遇到一个看似普通的无源元件，你能识别它，却无法确定其功能时，你会怎么做呢？
(原文刊登于EDN姊妹网站Planet Analog，参考链接：A short primer on X- and Y-capacitors in AC power supply，由Ricardo Xie编译。)
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