MLCC電容的直流偏壓特性

2020-11-30 電子工程專輯
DCDC實測出來的紋波比公式計算出來的大，電容ESR的鍋？

我們設計DCDC電路的時候，經常會用下面的公式計算一下紋波輸出電壓，然後在輸出端選擇合適的電容。

下面是某DCDC規格書的紋波說明：

                        

陶瓷電容的ESR都說很小，可以忽略。那麼根據輸入輸出電壓，開關頻率，目標紋波，就可以求得電容容量的大小。

然而，不知道你發現沒有，電路做出來實測一下，一般都比算出來的紋波要大，那麼這是為什麼呢？這是因為陶瓷電容的ESR實際不能忽略嗎？而一般情況下我們並不知道電容ESR多大，所以就這樣讓陶瓷電容背鍋了（我以前就是這麼幹的，汗。。。。）。

那麼真是這樣嗎？

實際上是這樣的，陶瓷電容MLCC有一個直流偏壓特性：在電容上施加直流電壓之後，電容容量會下降。

下圖是村田的47uF/6.3V電容直流偏壓特性

可以看到，在電容上面施加直流電壓6.3V的時候，電容量只剩下初始值的15%左右。我勒個去，這也太恐怖了吧。。。。。

真的是這樣嗎？

 

實驗驗證

實驗條件，12V轉3.3V的DCDC，開關頻率800Khz的DCDC，輸出濾波電容型號為47uF/6.3V，經查詢ESR在800Khz時為2mΩ。

計算公式：

第一種紋波計算值：電容量按照滿容量47uF計算。

ESR造成的紋波=2.7mV

電容量造成的紋波=4.5mV

所以總紋波為：2.7mV+4.5mV = 7.2mV

第二種紋波計算值：電容量按照電容偏壓曲線在3.3V時容量大概為18.8uF。

ESR造成的紋波=2.7mV

電容量造成的紋波=11.3mV

所以總紋波為：2.7mV+11.3mV=14mV

電路板實測：

電路板實測，紋波為15mV，與第二種方法算出來的值非常接近。

所以，MLCC陶瓷電容的直流偏壓特性的確是存在的

 

為了方便我們設計，我在村田官網上下載了一些常規電容的直流偏壓特性曲線，可供設計參考。

從圖片之間對比可得出：

----容量越大，偏壓特性越明顯，隨電壓升高，容量下降得更多

----同容量，不同耐壓電容，在相同電壓下，電容量下降差不多（不存在高耐壓值的電容電容下降得少）

----同容量，同耐壓，封裝大的電容量下降得慢

 

總結：

MLCC電容的直流偏壓特性很明顯，容量越大隨電壓升高容量下降越快，設計電路時必須考慮。

 

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