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勢，在47uH以下，已經成為全面替代貼片鉭電容器成為便攜式應用產品的理想選擇，也因開關頻率下的等效串聯電阻(ESR)和等效阻抗很低而非常適合于高頻應用。低ESR使輸出電壓紋波被減至最小，低阻抗產生出色的濾波特性。而Y5V類電介質電容的溫度系數很差，85°C時可能下降80%，一般不建議用于便攜式應用，故本文重點討論X5R/X7R大容量疊層片式電容器的的選型。設計人員在考慮無源器件時，他們想到的是電感電容的生產容限，一般為±20% 或±10%。這在理論上是對的，但在實際應用中卻不然。某一特定頻率下，在一個陶瓷電容上加直流偏置電壓或在電感上加載電流會改變這些元件的特性，故有 “有源的無源器件(active passives)”之稱。例如，一個10μF，0603，6.3V的電容在-30°C下直流偏置1.8V時測量值為4μF。一個3.3μH的電感用在 85°C的實際應用中時測量值為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省開關的占位面積，降低總體解決方案的高度。目前，主流移動電話生產商在電話中使用的元件之高度最大限值為1.2mm。隨著電話模型越來越纖巧，這個限值將進一步減小。現在的陶瓷電容已能夠很好地滿足這些要求。

圖1：10μF，6.3V，X5R陶瓷電容外殼尺寸的變化

那么，系統設計人員還需要了解除陶瓷電容之外的東西嗎？絕對需要！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。電容選擇不正確可能對系統的穩定性造成嚴重破壞。直流偏置效應通常出現在鐵電電介質(2類)電容中，如X5R、X7R、及Y5V類電容。

陶瓷電容的基本計算公式如下：

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

直流偏置特性曲線對II類大容量貼片電容選型的重要價值：
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。電容上的電場使內部分子結構產生“極化”，引起K常數的暫時改變，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。系統設計人員為節省空間用0603電容代替0805電容時，必須相當謹慎――除非用預定類型的電容對轉換器進行了測試。規格說明書中推薦的是0603貼片電容。

圖2所示為在某典型便攜式應用產品的使用環境溫度范圍內，直流偏置對幾種不同電容的影響。查看圖中的直流偏置特性，可看到，風華高科生產的 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別。電容量是從應用的角度看到的電容的實際值。廠商C生產的相同電容器在同樣條件下的電容量值為3.5μF。事實上，風華高科的4.7μF電容差不多與廠商C的10μF電容一樣好。

圖2：直流偏置對幾種不同電容的影響

因此，請務必記住在選型過程中，應該向貼片電容廠商或者風華電容代理商南京南山（www.am984.cn）索取在應用的預定直流偏置電壓下的電容值曲線。例如，采用2.5V輸出電壓時，系統設計人員必須查看2.5V時的直流偏置。使開關穩定性最好的電容值可在開關的規格說明書中查到。在確定用于便攜式電源解決方案材料清單(BOM)的電容雙重來源時，廠商間的差異也必須考慮到。

上述決策不應該留給采購人員，除非他們能給出很好的建議。貼片電容器生產商往往喜歡出示單獨的曲線，如電容量隨溫度的變化曲線，另一條是電容量隨直流偏置的變化曲線。不過，他們不會同時給出兩條，但實際應用恰恰需要兩條。應該記住向生產廠商索要系統最常用電壓的綜合曲線。例如，基帶內核微處理器的常用電壓有 1.3V、1.5V和1.8V。I/O和硬盤驅動器使用1.8V、2.5V或3.3V。RF功率放大器電源的輸出電壓范圍為0.8 到3.4V。選擇輸入電容時，必須考慮到輸入電壓范圍。對鋰離子電池而言，這個范圍為3 到 4.3V，當插入充電器時，可高達5.5V。

阻抗/ESR與頻率的關系曲線對貼片電容選型的意義：

從系統的角度來看阻抗/ESR與頻率的關系曲線也很重要。用于2MHz開關的電容可能并不適合于5MHz開關。開關設計中，電容的諧振頻率是一關鍵規格參數。當開關頻率接近輸出電容的諧振頻率時，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，阻抗實際上是電感性的。如果沒有正確的補償，將產生穩定性問題，且開關的紋波增加。最后但并非不重要的是，陶瓷電容的生產容限是在1 kHz頻率、1V rms或0.5V rms電壓下規定/測試的，但實際應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。對一個典型的開關，紋波電壓范圍為5到30mV。如果您正對風華貼片電容選型有疑問，可以直接致電400-888-5058轉技術部尋求專業幫助。

本文轉自 SMD資源網，原文鏈接：http://www.smd.net.cn/tech/show-84.html

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