因其小尺寸,、低等效串聯(lián)電阻(ESR),、低成本,、高可靠性和高紋波電流能力,，多層陶瓷(MLC) 電容器在電源電子產(chǎn)品中變得極為普遍,。一般而言,，它們用在電解質(zhì)電容器 leiu中,，以增強系統(tǒng)性能,。相比使用電解電容器鋁氧化絕緣材料時相對介電常數(shù)為 10 的電解質(zhì),，MLC 電容器擁有高相對介電常數(shù)材料(2000-3000) 的優(yōu)勢。這一差異很重要,，因為電容直接與介電常數(shù)相關(guān),。在電解質(zhì)的正端，設(shè)置板間隔的氧化鋁厚度小于陶瓷材料,，從而帶來更高的電容密度,。
溫度和 DC 偏壓變化時，陶瓷電容器介電常數(shù)不穩(wěn)定,，因此我們需要在設(shè)計過程中理解它的這種特性,。高介電常數(shù)陶瓷電容器被劃分為 2 類。圖1 顯示了如何以 3 位數(shù)描述方法來對其分類,，諸如：Z5U,、X5R和 X7R等。例如,，Z5U電容器額定溫度值范圍為 +10到 +85o C,，其變化范圍為 +22/–56%。再穩(wěn)定的電介質(zhì)也存在一定的溫度電容變化范圍,。
圖1 ：2類電介質(zhì)使用3 位數(shù)進行分類,。注意觀察其容差,！
當我們研究偏壓電容依賴度時，情況變得更加糟糕,。圖2 顯示了一個 22 uF,、6.3伏、X5S電容器的偏壓依賴度,。我們常常會把它用作一個 3.3 伏負載點(POL) 穩(wěn)壓器的輸出電容器,。3.3 伏時電容降低 25%，導致輸出紋波增加,，從而對控制環(huán)路帶寬產(chǎn)生巨大影響,。如果您曾經(jīng)在 5 伏輸出時使用這種電容器，則在溫度和偏壓之間,，電容降低達 60% 之多,，并且由于 2：1 環(huán)路帶寬增加，可能產(chǎn)生一個不穩(wěn)定的電源,。許多陶瓷電容器廠商都沒有詳細說明這一問題,。
圖2：注意電容所施加偏壓變化而降低
陶瓷電容器的第二個潛在缺陷是，它們具有相對較小的電容和低ESR,。在頻域和時域中,，這會帶來一些問題。如果它們被用作某個電源的輸入濾波電容器,，則它們很容易隨輸入互連電感諧振,，形成一個我們在《電源設(shè)計小貼士 3》（http://www.ti.com.cn/general/cn/docs/gencontent.tsp?contentId=53863 ）和《電源設(shè)計小貼士 4》（http://www.ti.com.cn/general/cn/docs/gencontent.tsp?contentId=53864 ）中討論的振蕩器。要想知道是否存在潛在問題,，可將寄生互連電感估算為每英寸 15 nH,，然后根據(jù)這兩篇文章介紹的方法把濾波輸出阻抗與電源輸入電阻進行對比。第二個潛在問題存在于時域中,，我們可在以太網(wǎng)電源(POE) 等系統(tǒng)中看到它們的蹤影,。
在這些系統(tǒng)中，電源通過大互連電感連接至負載,。負載通過一個開關(guān)實現(xiàn)開啟,，并可能會使用陶瓷電容器構(gòu)建旁路。這種旁路電容器和互連電感可以形成一個高 Q諧振電路,。由于負載電壓振鈴可以高達電源電壓的兩倍,，因此在負載下關(guān)閉開關(guān)會形成一個過電壓狀態(tài)。這會引起意外電路故障,。例如,，在 POE 中，負載組件的額定電壓變化可以高達電源額定電壓的兩倍,。
第三個潛在缺陷的原因是陶瓷電容器為壓電式,。也就是說,，當電容器電壓變化時，其物理尺寸改變,，從而產(chǎn)生可聽見的噪聲,。例如，我們將這種電容器用作輸出濾波電容器時（存在大負載瞬態(tài)電流）,，或者在“綠色”電源中，其在輕負載狀態(tài)下進入突發(fā)模式,。這種問題的變通解決方案如下：
· 轉(zhuǎn)而使用更低介電常數(shù)的陶瓷材料,，例如：COG 等。
· 使用不同的電介質(zhì),，例如：薄膜等,。
· 使用加鉛和表面貼裝技術(shù)(SMT) 組件，可緊密貼合印制線路板(PWB),。
· 使用更小體積器件,，降低電路板應(yīng)力。
· 使用更厚組件,，降低施加電壓應(yīng)力和物理變形,。
SMT陶瓷電容器存在的另一個問題是，在PWB彎曲時,，由于電容器和 PWB 之間存在的熱膨脹系數(shù)(TCE) 錯配,，它們的軟焊接頭往往會裂開。您可以采取一些預(yù)防措施來減少這種問題的發(fā)生：
· 封裝尺寸限制為 1210,。
· 使電容器遠離高曲率地區(qū),，例如：拐角區(qū)等。
· 使電容器朝向電路板短方向,。
· 使電路板安裝點遠離邊角,。
· 在所有裝配過程均注意可能出現(xiàn)的電路板彎曲。
總之,，如果您注意其存在的一些小缺點,，則相比電解電容器，多層陶瓷電容器擁有低成本,、高可靠性,、長壽命和小尺寸等優(yōu)勢。它們具有非常寬的電容容差范圍,，因此您需要對其溫度和偏壓變化范圍內(nèi)的性能進行評估,。它們均為壓電式，其意味著它們會在有脈沖電流的系統(tǒng)中產(chǎn)生可聽見的噪聲,。最后,，它們很容易出現(xiàn)破裂,，因此我們必須采取預(yù)防措施來減少這一問題的發(fā)生。所有這些問題都有相應(yīng)的解決辦法,。因此,，MLC 電容器仍會變得越來越受歡迎。
下次,，我們將繼續(xù)討論開關(guān)式電源的電容器選擇,，敬請期待。
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