大容量貼片電容如何選型

陶瓷貼片電容（MLCC）由于尺寸、成本和性能方面的優(yōu)勢(shì)，在47uH以下，已經(jīng)成為全面替代貼片鉭電容器成為便攜式應(yīng)用產(chǎn)品的理想選擇，也因開(kāi)關(guān)頻率下的等效串聯(lián)電阻(ESR)和等效阻抗很低而非常適合于高頻應(yīng)用。低ESR使輸出電壓紋波被減至最小，低阻抗產(chǎn)生出色的濾波特性。而Y5V類(lèi)電介質(zhì)電容的溫度系數(shù)很差，85°C時(shí)可能下降80%，一般不建議用于便攜式應(yīng)用，故本文重點(diǎn)討論X5R/X7R大容量疊層片式電容器的的選型。設(shè)計(jì)人員在考慮無(wú)源器件時(shí)，他們想到的是電感電容的生產(chǎn)容限，一般為±20% 或±10%。這在理論上是對(duì)的，但在實(shí)際應(yīng)用中卻不然。某一特定頻率下，在一個(gè)陶瓷電容上加直流偏置電壓或在電感上加載電流會(huì)改變這些元件的特性，故有 “有源的無(wú)源器件(active passives)”之稱(chēng)。例如，一個(gè)10μF，0603，6.3V的電容在-30°C下直流偏置1.8V時(shí)測(cè)量值為4μF。一個(gè)3.3μH的電感用在 85°C的實(shí)際應(yīng)用中時(shí)測(cè)量值為0.8μH。

 圖1顯示了10μF，6.3V，X5R陶瓷電容外殼尺寸的變化歷史。外殼尺寸較小的主要好處在于節(jié)省開(kāi)關(guān)的占位面積，降低總體解決方案的高度。目前，主流 移動(dòng)電話(huà)生產(chǎn)商在電話(huà)中使用的元件之高度最大限值為1.2mm。隨著電話(huà)模型越來(lái)越纖巧，這個(gè)限值將進(jìn)一步減小。現(xiàn)在的陶瓷電容已能夠很好地滿(mǎn)足這些要求。

圖1：10μF，6.3V，X5R陶瓷電容外殼尺寸的變化 

那么，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員還需要了解除陶瓷電容之外的東西嗎？絕對(duì)需要！例如，在選擇陶瓷貼片電容的電容值及其外殼尺寸之余，必須考慮到它的直流偏置效應(yīng)。電容選擇不正確可能對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性造成嚴(yán)重破壞。直流偏置效應(yīng)通常出現(xiàn)在鐵電電介質(zhì)(2類(lèi))電容中，如X5R、X7R、及Y5V類(lèi)電容。

陶瓷電容的基本計(jì)算公式如下：

C=K×[(S×n)/t]
（這里，C=電容量，K=介電常數(shù)，n=介電層層數(shù)，S=電極面積，t=介電層厚度）

直流偏置特性曲線(xiàn)對(duì)II類(lèi)大容量貼片電容選型的重要價(jià)值：
影響直流偏置的因子有K、介電層厚度、額定電壓的比例因子，以及材料的晶粒度。電容上的電場(chǎng)使內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)產(chǎn)生“極化”，引起K常數(shù)的暫時(shí)改變，不幸的是，電容量不是變大而是變小了。電容的外殼尺寸越小，由直流偏置引起的電容量降量百分比就越大。若外殼尺寸一定，則直流偏置電壓越大，電容量降量百分比也越大。系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員 為節(jié)省空間用0603電容代替0805電容時(shí)，必須相當(dāng)謹(jǐn)慎――除非用預(yù)定類(lèi)型的電容對(duì)轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了測(cè)試。規(guī)格說(shuō)明書(shū)中推薦的是0603貼片電容。

圖2所示為在某典型便攜式應(yīng)用產(chǎn)品的使用環(huán)境溫度范圍內(nèi)，直流偏置對(duì)幾種不同電容的影響。查看圖中的直流偏置特性，可看到，風(fēng)華高科生產(chǎn)的 10μF，6.3V 0603疊層陶瓷片式電容在1.8V 直流偏置及-30°C下的電容量值為5.75μF。需注意電容器和電容量之間的區(qū)別。電容量是從應(yīng)用的角度看到的電容的實(shí)際值。廠商C生產(chǎn)的相同電容器在 同樣條件下的電容量值為3.5μF。事實(shí)上，風(fēng)華高科的4.7μF電容差不多與廠商C的10μF電容一樣好。

圖2：直流偏置對(duì)幾種不同電容的影響

阻抗/ESR與頻率的關(guān)系曲線(xiàn)對(duì)貼片電容選型的意義：

從系統(tǒng)的角度來(lái)看阻抗/ESR與頻率的關(guān)系曲線(xiàn)也很重要。用于2MHz開(kāi)關(guān)的電容可能并不適合于5MHz開(kāi)關(guān)。開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)中，電容的諧振頻率是一關(guān)鍵規(guī)格參數(shù)。當(dāng)開(kāi)關(guān)頻率接近輸出電容的諧振頻率時(shí)，輸出電壓紋波最小。例如，4.7μF和10μF 0603電容的諧振頻率范圍都為2 到 3MHz。但1μF 0603電容的諧振頻率在6MHz左右，1μF 0402電容的近10MHz。工作頻率高于諧振頻率時(shí)，阻抗實(shí)際上是電感性的。如果沒(méi)有正確的補(bǔ)償，將產(chǎn)生穩(wěn)定性問(wèn)題，且開(kāi)關(guān)的紋波增加。最后但并非不重 要的是，陶瓷電容的生產(chǎn)容限是在1 kHz頻率、1V rms或0.5V rms電壓下規(guī)定/測(cè)試的，但實(shí)際應(yīng)用的條件差異非常大。在較低的rms電壓下，電容額定值要小得多。對(duì)一個(gè)典型的開(kāi)關(guān)，紋波電壓范圍為5到30mV。如果您正對(duì)風(fēng)華貼片電容選型有疑問(wèn)，可以直接致電400-888-5058轉(zhuǎn)技術(shù)部尋求專(zhuān)業(yè)幫助。

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